WO2007034913A1 - ナノ流体生成装置及び方法 - Google Patents

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WO2007034913A1
WO2007034913A1 PCT/JP2006/318846 JP2006318846W WO2007034913A1 WO 2007034913 A1 WO2007034913 A1 WO 2007034913A1 JP 2006318846 W JP2006318846 W JP 2006318846W WO 2007034913 A1 WO2007034913 A1 WO 2007034913A1
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liquid
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Sadatoshi Watanabe
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Sadatoshi Watanabe
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
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    • B01F23/237—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids characterised by the physical or chemical properties of gases or vapours introduced in the liquid media
    • B01F23/2373—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids characterised by the physical or chemical properties of gases or vapours introduced in the liquid media for obtaining fine bubbles, i.e. bubbles with a size below 100 µm
    • B01F23/2375—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids characterised by the physical or chemical properties of gases or vapours introduced in the liquid media for obtaining fine bubbles, i.e. bubbles with a size below 100 µm for obtaining bubbles with a size below 1 µm
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
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    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/44—Mixers in which the components are pressed through slits
    • B01F25/441—Mixers in which the components are pressed through slits characterised by the configuration of the surfaces forming the slits
    • B01F25/4413—Mixers in which the components are pressed through slits characterised by the configuration of the surfaces forming the slits the slits being formed between opposed conical or cylindrical surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B3/00—Cleaning by methods involving the use or presence of liquid or steam
    • B08B3/04—Cleaning involving contact with liquid
    • B08B3/048—Overflow-type cleaning, e.g. tanks in which the liquid flows over the tank in which the articles are placed
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/0318—Processes
    • Y10T137/0402—Cleaning, repairing, or assembling

Definitions

  • the present invention relates to a nanofluid generating device, a method thereof, an apparatus for generating drinking water containing a nanofluid, a method thereof, and a nanofluid that generate nanofluids including nanobubbles having a diameter of less than 1 ⁇ m
  • the present invention relates to a treatment apparatus and method for skin diseases and the like, a biological growth assistance apparatus using nanofluid, and a method thereof.
  • nanobubbles fine bubbles with a diameter of less than 1 m (lOOOnm)
  • microbubbles fine bubbles with a diameter of 1 ⁇ m or more
  • nanobubbles and microbubbles are used separately from each other.
  • various functions and effects as shown in the following patent documents, production methods, and the like are known.
  • Patent Document 1 is characterized in that it has a bubble diameter of approximately 30 m or less when generated under normal pressure, and after generation, it gradually refines with a predetermined life and disappears and dissolves. There is a description of micro bubbles.
  • Patent Document 1 describes the use of properties such as gas-liquid dissolution of microbubbles, purification functions, and promotion of physiological activity, and water purification for closed water areas such as dam reservoirs. Examples of application to the promotion of growth of cultured seafood or hydroponically grown vegetables, as well as sterilization and purification of organisms, and the results are described.
  • [Patent Document 2] generates nanobubbles, which are ultrafine bubbles having a bubble diameter of less than 1 IX m, by disassembling a part of the liquid in the liquid. The method is described.
  • [Patent Document 3] describes a nanobubble-based cleaning method and a nanovalve-based cleaning device that cleans an object with water containing nanobubbles.
  • [Patent Document 4] describes a method for producing nanobubbles, in which physical bubbles are applied to microbubbles contained in a liquid to rapidly reduce the microbubbles.
  • [Patent Document 5] describes oxygen nanobubble water having a bubble diameter of 50 to 500 nm and an oxygen nanovalve containing oxygen in the bubbles, and a technique relating to the manufacturing method thereof. .
  • Patent Document 6 pressurized gas and liquid are generated by rotating a pressurized liquid and a gas in a cylinder, and the diameter of the pressurized gas and liquid is discontinuously increased toward the downstream side.
  • An apparatus has been disclosed that generates microbubbles by generating a cavity phenomenon by discharging from a nozzle that becomes larger.
  • Patent Document 7 discloses a technique for generating ionic water by generating microbubbles having a bubble diameter of 50 m or less.
  • the nanovalve has an excellent engineering function in addition to the function of the micronore and can directly act on the cellular level of a living organism, the cleaning of the semiconductor wafer, the skin It can be applied to a wider field than microbubbles, such as for the treatment of diseases, and is expected to have even higher functionality.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-143885
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-334548
  • Patent Document 3 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-121962
  • Patent Document 4 Japanese Patent Laid-Open No. 2005-245817
  • Patent Document 5 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-246294
  • Patent Document 6 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-126665
  • Patent Document 7 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-43642
  • the above-described nanobubbles have a very physically unstable characteristic that has been confirmed to be generated instantaneously in the process of microbubbles shrinking in water. Therefore, stable production and long-term maintenance are difficult, and this is a bottleneck in practical use.
  • a microbubble is formed by supplying a pumping liquid in a circumferential direction in a cylindrical space to form a negative pressure region and sucking an external gas into the negative pressure region.
  • this device can generate microbubbles, it cannot stably generate smaller-sized nanobubbles!
  • a nanofluid containing nano-order bubbles cannot be stably generated at a low cost.
  • cleaning when used in the medical field such as processed foods such as nanofluids and drinking water and pharmaceuticals, it is necessary to maintain high hygiene and prevent contamination. Therefore, it is necessary to periodically sterilize, disinfect or clean the inside of the apparatus (hereinafter collectively referred to as “cleaning”). Such cleaning operations are generally performed by disassembling the equipment and immersing each part in the cleaning solution, or by applying a cleaning solution, etc. During the cleaning operation, nanofluids are generated. As a result, the load on the manufacturing cost increases.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and can produce a large amount of nanofluid continuously and stably with a relatively simple and inexpensive structure, and is easy to handle.
  • an apparatus for generating a nanofluid including nanobubbles having a diameter of less than 1 m is supplied.
  • Gas-liquid mixing equipped with a turbulent flow generation mechanism that forcibly mixes gas and liquid by generating turbulent flow and an ultra-micro discharge port that generates a nanofluid by discharging the mixed gas-liquid mixed fluid to the outside
  • a gas-liquid supply device for supplying liquid and gas from a supply path communicating with the gas-liquid mixing chamber, a pressurizing unit for pressurizing the gas and liquid supplied to the gas-liquid mixing chamber, a pressurizing unit,
  • a control unit that controls the operation of the gas-liquid supply device, and the control unit controls at least one of the gas-liquid supply device and the pressurizing unit, so that the nanofluid generation mode and the gas-liquid mixing chamber are controlled.
  • a nanofluid generating device characterized in that it switches between a cleaning mode for cleaning, sterilizing or disinfecting (herein
  • gas and liquid are supplied to a gas-liquid mixing chamber provided with a turbulent flow generation mechanism such as a large number of irregularities therein, and these are pressurized by a pressurizing means such as a pump.
  • a pressurizing means such as a pump.
  • forcibly mixing produces a gas-liquid mixed fluid in which gas and liquid are uniformly mixed, and this gas-liquid mixed fluid is added from an ultra-fine discharge port whose channel is narrowed to the nano-order.
  • a nanofluid in which most of the gas and liquid in the gas-liquid mixed fluid are miniaturized to the nanolevel is generated.
  • control unit switches between a cleaning mode in which a pressurizing unit and a gas-liquid supply unit are switched to supply a cleaning gas or liquid into the apparatus, and a nanofluid generation mode and a cleaning mode.
  • the control unit controls the pressurizing means so that the gas-liquid mixing chamber is at a lower pressure than the atmospheric pressure or the generation mode, and the cleaning liquid and Z or gas are supplied to the gas-liquid mixing chamber. It is preferable to control the feeding device so as to feed.
  • the part in contact with the gas-liquid can be thoroughly cleaned, and the generation and cleaning can be switched instantaneously, thereby reducing the time and labor required for preparing the cleaning mode and returning to the generation mode.
  • Overall manufacturing efficiency can be improved. Therefore, the manufacturing cost of the nanofluid can be further reduced.
  • a drinking water generating device capable of stably producing drinking water containing nanobubbles with a simple structure can be obtained.
  • Drinking water containing nanobubbles acts on cells such as the surface of the human tongue (taste point) and the inner wall of the throat to produce unique stimuli and taste, and the nanobubbles float in the liquid for several months. Therefore, changes in quality over time (such as beer and carbonated beverages) can be reduced.
  • nanobubbles float in drinking water for a long time, there are secondary effects such as promoting the ripening of wine.
  • the nanofluid generator having the above-described configuration, it is possible to obtain a therapeutic liquid water generator that can stably manufacture a therapeutic liquid (medicine) containing nanobubbles with a simple structure.
  • Liquid drugs containing minute nanobubbles enter the gaps between cells Therefore, it can be expected to have a medicinal effect even in a small amount.
  • a therapeutic liquid water generator that can stably manufacture a therapeutic liquid (medicine) containing nanobubbles with a simple structure.
  • Liquid drugs containing minute nanobubbles enter the gaps between cells Therefore, it can be expected to have a medicinal effect even in a small amount.
  • atopy it can be treated with a less irritating drug or pure water and the affected area can be washed, reducing the burden on patients such as side effects. Can promote treatment.
  • an ozonizer is provided as the cleaning fluid generation means
  • the inside of the apparatus is cleaned with ozone in the cleaning mode, and a nanofluid containing ozone can be generated in the generation mode.
  • a nanofluid containing nanonized ozone can exhibit a high bactericidal effect over a long period of time.
  • an extra ozone filter can be installed around the nanofluid generator or near the ultrafine outlet. It is preferable to collect ozone used for cleaning. Further, it is preferable to control the amount of ozone generated in the cleaning mode and the generation mode to an appropriate amount according to the purpose.
  • turbulent flow of gas and liquid is performed by a gas-liquid supply device.
  • a step of supplying the gas-liquid mixing chamber having the generation mechanism and the ultra-fine discharge port, a step of pressurizing the gas and liquid supplied to the gas-liquid mixing chamber by a pressurizing means, and a step of supplying the gas-liquid mixing chamber The process of forcibly mixing the gas and liquid generated by the turbulent flow generation mechanism, and the gas-liquid mixed fluid mixed in the gas-liquid mixing chamber in a pressurized state.
  • the step of generating a nanofluid by discharging and the control means control at least one of the gas-liquid supply device and the pressurizing means to clean the inside of the gas-liquid mixing chamber and the flow path communicating therewith. And sterilizing or disinfecting (hereinafter collectively referred to as “cleaning”).
  • cleaning sterilizing or disinfecting
  • nanofluids generated by this apparatus can be provided even in fields where high performance is required, and the overall generation efficiency of nanofluids including the cleaning process can be improved, and the manufacturing cost can be reduced.
  • FIG. 1 (A) is a schematic cross-sectional view of a nanofluid generating device 1 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1 (B) is marked with a circle in FIG. 1 (A).
  • FIG. 2 is an enlarged view of the main part M, and FIG. 2 is a timing chart showing a control flow by the control unit.
  • the nanofluid generator 1 communicates with the generator 2 from the generator 2, the storage tank 3, the pressurizing pump (pressurizing means) 4, and the water supply source S through the pressurizing pump 4 and the storage tank 3.
  • Piping H Ozonizer O that generates ozone
  • Control unit (control unit) CR that switches and controls the nanofluid generation mode and the cleaning mode in the device
  • Ozone filter F that collects ozone
  • a cleaning unit WS for cleaning.
  • the pipe H between the water supply source S and the pressure pump 4 is provided with a pure water generator 23, and the water introduced from the water supply source S is replaced with pure water to the pressure pump 4.
  • the pressurizing pump 4 can suck pure water from the pure water generating device 23, pressurize it to 13 to 15 atm, and send it to the storage tank 3.
  • the upstream side and downstream side piping H force bypass circuit R of the pressurizing pump 4 is branched.
  • the bypass circuit R is provided with an intake valve (intake means) 21, which is a check valve that is opened by the operation of the pressurizing pump 4 and intakes external air.
  • the ozonizer O is disposed on the downstream side of the pressurizing pump 4. With this ozonizer O, in the nanofluid production mode, the ozone can be supplied to the storage tank 3 together with the outside air sucked from the intake valve 21 to produce a nanofluid containing ozone. In the cleaning mode, ozone is generated to clean the inside of the equipment. Note that the ozonizer O may be provided in parallel with the intake valve 21 to selectively mix outside air and ozone.
  • a cleaning water supply device WA that supplies the cleaning liquid to the pressure pump 4 in the cleaning mode is provided.
  • This washing water supply device WA is selectively supplied by pure water produced by the pure water production device 23 and a three-way valve.
  • This washing water supply device The device WA may be configured as a storage tank for storing separately generated cleaning water, or may be configured to generate cleaning water by adding a cleaning component to water supplied from a water supply source (not shown).
  • the pure water generating device 23, the cleaning water supply device WA, the intake valve 21, and the ozonizer O constitute a gas-liquid supply device.
  • the control unit CR controls the gas-liquid supply device, the switching valve, and the pressurizing pump 4 to switch between the nanofluid production mode and the cleaning mode in the device.
  • the control unit CR operates the cleaning water supply device WA and the ozonizer O and switches the three-way valve to the cleaning side to mix the cleaning liquid and ozone.
  • the gas-liquid mixed fluid is supplied to the storage tank 3.
  • the ozonizer O is controlled so that the amount of ozone generated is larger than the generation mode.
  • the type of cleaning liquid, the content of ozone, etc. are adjusted as appropriate according to the type of nanofluid to be generated and the generation capacity.
  • the intake amount of the intake valve 21 is set to about 1 to 3 liters per minute. In the cleaning mode, pressurize the gas-liquid mixed fluid to about 2-5 atm.
  • a predetermined ratio of liquid (pure water or washing water) and gas (air or ozone) are stored in the storage tank 3 in a pressurized state, but the storage capacity is set according to the nanofluid to be generated. It is appropriately changed according to the type, the generation capability of the generator 2, and the like.
  • the pressurizing capacity of the pressurizing pump 4 is 13 to 15 atm, and the nanofluid generating capacity is set to 40 to 60 liters per minute, It is sufficient that the storage tank 3 has a capacity of about 12 to 15 liters.
  • the generator 2 is formed of a material excellent in pressure resistance and water resistance, such as stainless steel, and is a cylindrical body whose axis is directed in the vertical direction. Both the upper end surface and the lower end surface are closed, a supply port 5 is provided on the upper end surface, and a discharge port 6 is provided on the lower end surface.
  • first partition plate a1 Inside the generator 2, there are provided a first partition plate a1, a second partition plate a2 and a third partition plate a3 at predetermined intervals along the axial direction. is doing.
  • Upper surface force at which the supply port 5 is provided The internal space up to the first partition plate al is referred to as distribution space A, and the internal space up to the first partition plate al force second partition plate a2 is referred to as the gas-liquid mixing chamber 7 Call.
  • the internal space from the second partition plate a2 to the third partition plate a3 is referred to as a valve chamber B, and the internal space from the third partition plate a3 to the lower end surface where the discharge port 6 is provided is derived. Called space C. These internal spaces A, 7, B, and C are configured as described below.
  • a supply port body 3a provided with a supply valve 22 projects from the lower end portion of the storage tank 3, and the lower supply port body 3a portion from the supply valve 22 is an upper end portion of the generator 2. Is inserted into the supply port 5 provided in the airtight structure. The opening end of the supply port 3a extends into the distribution space A inside the generator 2.
  • the first partition plate al has a plurality of first communication holes 8a and second communication holes 8b on concentric circles having different radii of central axial forces, with predetermined intervals, respectively. It is provided through.
  • the first communication hole 8a is located around the axial center of the generator 2 and is provided along the vertical direction (axial direction).
  • the second communication hole 8b is located near the outer peripheral portion of the generator 2 and is provided in an oblique outer peripheral direction.
  • the fluid guided through the first communication hole 8a on the axial side flows down in the vertical direction, and the fluid guided through the second communication hole 8b on the outer peripheral side flows down.
  • the distribution space A is in communication with the gas-liquid mixing chamber 7 through a plurality of first communication holes 8a and second communication holes 8b.
  • a conical member 11 is vertically suspended from the lower surface of the first partition plate la in the gas-liquid mixing chamber 7 at the axial center position of the generator 2.
  • the part where the first partition plate al force is suspended is a simple flange 11a, but the lower end of the flange 11a is formed in a conical shape.
  • the conical member 11, in particular, the circumferential surface of the conical portion l ib is located immediately below the first communication hole 8a provided on the axial center side of the first partition plate al. Since these first communication holes 8a are provided in the vertical direction, the fluid flowing vertically from the communication holes 8a is received by the conical part 1 lb tapered peripheral surface of the conical member 11.
  • a concave groove 12 is provided on the circumferential surface of the conical portion l ib of the conical member 11. Rather than being provided along the circumferential surface of the circular cone portion l ib, the concave groove 12 is preferably composed of a plurality of long grooves, and the force is also provided in a state where the depths are different from each other.
  • a plurality of protrusions 9 and concave grooves 10 are alternately provided along the axial direction. Both the ridges 9 and the concave grooves 10 are provided along the inner wall peripheral surface of the generator 2 and have a hierarchical shape. Since the second communication hole 8b provided in the first partition plate al opens outward, the fluid flowing down the communication hole 8b is surely guided to the protrusion 9 or the groove 10. I got to be.
  • the second partition plate a2 has a tapered shape in which a cross-sectional shape is inclined downward from the peripheral surface of the generator 2 toward the central axis, and a portion along the central axis at the lower end is opened. Form a funnel shape.
  • the gas-liquid mixing chamber 7 and the valve chamber B communicate with each other through the opening Ka.
  • a protrusion 9 is also provided on a portion facing the gas-liquid mixing chamber 7 on the upper surface side of the second partition plate a2.
  • the protrusion 9 is provided only at the upper end of the second partition plate a2, and is similar to the other groove 10 between the protrusion 9 provided at the lowest stage of the gas-liquid mixing chamber 7.
  • a concave groove 10 is formed.
  • the position and size of the ridge 9 provided on the inner peripheral surface of the generator 2 and the second partition plate a2 as the turbulent flow generation mechanism Z, the position and size of the concave groove 10, and the cone of the conical member 11 The diameter and taper angle of the portion l ib and the depth dimension of the concave groove 12 provided here can be freely set according to the type of nanofluid to be generated, the amount generated per hour, the pressure, and the like.
  • the height dimension of the protrusion 9 and the depth dimension of the concave grooves 10 and 12 may both be 5 mm (height difference: maximum 10 mm).
  • the volume of the gas-liquid mixing chamber 7, the number and diameter of the first and second communication holes 8a and 8b provided in the first partition plate al, the diameter of the generator 2, and the like are also determined. It can be set freely according to the type, amount of production per hour, and pressure.
  • the second partition plate a2 on the same surface as the ridge 9 and on the inclined lower side of the ridge 9, a platinum chip for polishing the surface and ensuring high smoothness is mounted. Consists of 1 smooth surface part Ha. That is, the upper surface of the second partition plate a2 excluding the protrusions 9a is formed into a very smooth surface by the first smooth surface portion Ha.
  • the reason for selecting the platinum material is that the stainless steel material constituting the generator 2 and other metal materials generally have physical limitations on the smoothness of the surface due to polishing. Cannot be set to the desired value. In contrast, platinum materials are required to have a surface smoothness accuracy of almost the limit and can form a desired flow path.
  • the lower end side of the first smooth surface portion Ha becomes the opening Ka, and the stop valve body 15 is passed through the opening Ka.
  • the stop valve body 15 has a flange 15a inserted through an opening Ka of the second partition plate a2 and an opening Kb provided along the central axis of the third partition plate a3, and an upper end of the flange 15a. It comprises a valve portion 15b that is integrally provided and a stopper portion 15c that is integrally provided at the lower end of the flange portion 15a.
  • the flange 15a diameter of the stop valve body 15 is formed to be smaller than both the opening Ka diameter of the second partition plate a2 and the opening Kb diameter of the third partition plate a3. ing.
  • the size of the shim is also set so that the valve portion 15b is positioned above the second partition plate a2 and the stopper portion 15c is positioned in the outlet space portion C on the lower side from the third partition plate a3. Therefore, the valve portion 15b rests on the inclined upper surface of the second partition plate a2, and the entire weight of the stop valve body 15 is supported by the valve portion 15b.
  • the peripheral surface of the valve portion 15b is formed at the same taper angle as the taper angle of the second partition plate a2, and has a predetermined axial length (thickness). The peripheral surface closely contacts the first smooth surface portion Ha formed on the upper surface of the second partition plate a2.
  • valve portion 15b The peripheral surface of the valve portion 15b is mounted with a platinum chip that is polished to ensure high smoothness, and constitutes a second smooth surface portion Hb. Therefore, the second partition plate a2 The valve body 15 is in close contact with the first smooth surface portion Ha and the second smooth surface portion Hb.
  • a very narrow gap is necessarily formed between the smooth surface portion Ha of the second partition plate a2 and the smooth surface portion Hb of the stop valve body 15.
  • stainless steel and other metal materials generally have physical limitations on the smoothness of the surface due to polishing. A 10 m gap will be formed.
  • the gap can be minimized to the order of nm.
  • the gap between the first smooth surface portion Ha and the second smooth surface portion Hb (hereinafter referred to as “ultra-fine ejection port”) 20 that is also made of platinum material.
  • the maximum (minimum) can be narrowed to a very small state of about 0.2 ⁇ ⁇ (2 OOnm).
  • a plurality of through holes 16 are provided around the opening Kb through which the flange portion 15a of the stop valve body 15 is inserted, and the valve is passed through these through holes 16.
  • the chamber B communicates with the lead-out space C.
  • a piping communicating with an external processing device (not shown) is connected to the discharge port 6 provided on the lower end surface of the generator 2.
  • the control unit CR includes the pressurizing pump 4, the ozonizer O and the pure fluid.
  • the water generating device 23 is driven and the three-way valve V is switched to the generating side (maintained).
  • pure water is guided to the pressurizing pump 4, air and ozone are guided from the intake valve 21 via the bypass circuit R, and supplied to the storage tank 3 in a state where the pure water, air and ozone are pressurized. Is done.
  • the storage tank 3 has a function of stabilizing the ratio of gas to the liquid, the pressure and the like of the pressurized gas-liquid mixed fluid collected.
  • the pressurized gas-liquid mixed fluid once fills the decomposition space A, and then the first continuous fluid. It flows down through the through hole 8a and the second communication hole 8b and is guided to the gas-liquid mixing chamber 7. That is, by providing the decomposition space A, the gas-liquid mixed fluid pressurized in a uniform state from the decomposition space A to the gas-liquid mixing chamber 7 can be distributed and guided.
  • the gas-liquid mixed fluid may be pressurized after being supplied to the gas-liquid mixing chamber 7!
  • the mixed fluid that has flowed down through the first communication hole 8a hits the conical portion 1 lb circumferential surface of the conical member 11 located immediately below or the concave groove 12 provided on the conical portion l ib circumferential surface and rebounds. At this time, the water droplet of the mixed fluid that bounces against the 1 lb circumferential surface of the cone and the water droplet of the fluid that bounces off the concave groove 12 have different rebound angles.
  • the gas-liquid mixed fluid guided to the gas-liquid mixing chamber 7 in a pressurized state is in a random direction due to the internal shape of the turbulent flow generation mechanism Z provided in the gas-liquid mixing chamber 7. Dispersed and turbulent flow continues. The rebound is repeated while colliding with any part, but each time the collision occurs, gas-liquid mixing and refinement are forced to proceed in a pressurized state.
  • the first smooth surface portion formed on the second partition plate a2 It is forcibly guided to and passed through the ultra-fine discharge port 20 which is a gap between Ha and the second smooth surface portion Hb formed in the valve portion 15b of the stop valve body 15.
  • the gas-liquid fluid is changed into a nanofluid containing a large amount of nanobubbles and delivered to the valve chamber B.
  • the particle size of the nanofluid containing nanobubbles is about 0.2 ⁇ ⁇ (200 ⁇ m), which is the same as the width of the ultrafine discharge port 20.
  • the generated nanofluid is measured by a particle measuring instrument (liquid When measured with the Ticle Sensor KS-17), it was confirmed that 120,000 nanobubbles with an ultrafine diameter of 50 nm to 90 nm existed in 1 ml.
  • the liquid pure water
  • the nanofluid guided to the valve chamber B is sequentially guided from the valve chamber B to the lead-out space C via the plurality of through holes 16, and is filled.
  • the lead-out space C the nanofluid is once collected and stabilized, and then supplied from the discharge port 6 to a predetermined supply destination.
  • This lead-out space C has a function of temporarily storing the nanofluid discharged in a pressurized state, reducing the pressure to atmospheric pressure, weakening the flow velocity, and stabilizing it.
  • the volume of the storage tank and the storage time are designed according to the application of the nanofluid, the pressure applied, and the type of gas / liquid.
  • a nanofluid including nanobubbles around 0.2 ⁇ (2 OOnm) can be stably generated from pure water and air, while being a device with a simple configuration, and can be handled. It is easy to reduce the manufacturing cost.
  • the control unit CR switches each device from the “generation mode” to the “cleaning mode” in FIG.
  • This mode can be switched automatically or uniformly according to the time, the amount of generation, etc., or the operator can switch by a manual operation.
  • the state in the apparatus may be monitored by a flow sensor or the like, and the mode may be automatically switched to the cleaning mode when the reference value is exceeded.
  • control unit CR first stops the pressurizing pump 4, the cleaning water generator 23 and the ozonizer O, and then the gas-liquid mixture remaining in the apparatus is temporarily stopped. Wait to get rid of. At this time, only the pressurizing pump 4 may be operated to promote discharge.
  • the pressurizing pump 4 After waiting for a predetermined time, the pressurizing pump 4, the washing water supply device WA and the ozonizer O are started, and the three-way valve V is switched to the washing side. This starts the cleaning mode.
  • the pressure pump 4 is set to a pressure lower than that in the generation mode and about 2 to 5 atmospheres higher than the atmospheric pressure.
  • the ozonizer o preferably increases the cleaning effect by increasing the amount of ozone generated compared to the generation mode.
  • the ozone filter F or ozone may be placed around the discharge port 6 in order to prevent adverse work environment problems.
  • a sensor is preferably installed. Furthermore, in the cleaning mode, it is not necessary to mix the gas and liquid uniformly, so the supply valve 22 at the lower end of the storage tank 3 may be opened at all times.
  • the control unit CR stops the pressurizing pump 4, the cleaning water supply device WA, and the ozonizer O to end the cleaning mode.
  • the generation mode is started subsequently, each device is switched to the generation mode as described above.
  • the duration of the cleaning mode is adjusted as appropriate according to the application of the nanofluid, the type of gas / liquid, the volume of the generator 2, and the like.
  • the nanofluid generation mode and the cleaning mode in the nanofluid generation device 1 can be switched continuously and instantaneously. As a result, preparation time for cleaning the inside of the apparatus and time for returning to the production mode can be minimized, and the production process of the nanofluid can be efficiently performed as a whole, and the manufacturing cost can be reduced. .
  • the nanofluid generator of the present embodiment can be suitably used, the nanofluid generation mode (water purification mode) and the cleaning mode in the apparatus can be executed continuously, and the apparatus can be used for cleaning. Since there is no need for decomposition, the water purification efficiency can be dramatically improved.
  • the storage tank 3 interposed between the pressurizing pump 4 and the generator 2 is omitted, and a pressurized liquid and gas mixed fluid led from the pressurizing pump 4 and the intake valve 21 is used. Let's supply it directly to generator 2.
  • each of the pressurized liquid and the pressurized gas may be supplied to the generator 2 to be mixed and a turbulent state may be obtained.
  • nanofluids can be continuously produced as in the case of having the storage tank 3.
  • the conical member 11 is provided along the central axis, and the protrusions 9 and the concave grooves 10 are alternately and continuously provided on the inner peripheral wall of the generator 2.
  • the present invention is not limited to this.
  • a plurality of plates may be provided at predetermined intervals, and guide holes may be provided in different portions of these plates!
  • the guide holes are not opposed to each other, so that the plate bodies become so-called baffle plates, and gas and liquid are forcibly mixed.
  • the same effect can be obtained by providing a mesh body having a different mesh instead of the plate body.
  • the mesh body since the pressurized gas-liquid mixed fluid is introduced into the gas-liquid mixing chamber 7, the mesh body needs to have sufficient rigidity to withstand the pressure.
  • a structure that can efficiently create a turbulent flow state with respect to the gas-liquid mixed fluid in the gas-liquid mixing chamber 7 may be employed.
  • the ultrafine discharge port 20 is an ultrafine gap that is inevitably formed in a state where the first and second smooth surface portions Ha and Hb made of platinum chips are in close contact with each other. If the discharge port can be narrowed to the nano level by improving the coating technology, it is possible to use a metal material other than brassiere.
  • FIG. 1 is a schematic diagram and a partially enlarged view of a nanofluidic generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a timing chart showing the control flow of the control unit.

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Abstract

【課題】比較的簡易で安価な構造で、大量のナノ流体を連続的、安定的に生成することができ、取扱いが容易で、洗浄作業を効率的に行うことで製造コストを飛躍的に低減させる。 【解決手段】直径が１μｍ未満の気泡であるナノバブルを含むナノ流体を生成する装置１は、気体及び液体に乱流を発生させて強制的に混合する乱流発生機構と気液混合流体を外部に吐出してナノ流体を生成する超微小吐出口２０とを備えた気液混合室７と、気液混合室７に液体及び気体を供給する気液供給装置２１、２３…と、気体及び液体を加圧する加圧ポンプ４と、加圧ポンプ４と気液供給装置の動作を制御する制御ユニットＣＲとを備える。制御ユニットＣＲは、気液供給装置と加圧ポンプ４とを制御して、ナノ流体の生成モードと気液混合室７の内部を洗浄する洗浄モードとを切り替える。

Description

明 細 書
ナノ流体生成装置及び方法
技術分野
[0001] 本発明は、直径が 1 μ m未満の気泡であるナノバブルを含むナノ流体を生成する ナノ流体生成装置、その方法、ナノ流体を含む飲料水を生成する装置、その方法、 ナノ流体を利用した皮膚疾患などの治療装置、その方法、ナノ流体を利用した生物 の育成補助装置、その方法に関する。この出願は、 2005年 9月 23日に提出された 米国出願 60Z719, 937及び 2006年 2月 2日に提出された国際出願 PCTZJP20 06/301736に基づく優先権を主張するものであり、これらの出願に開示された全 ての事項はこの言及により本出願に組み込まれるものとする。
背景技術
[0002] 一般的に、直径が 1 m (lOOOnm)未満の微細気泡は「ナノバブル」と呼ばれ、こ れに対して直径が 1 μ m以上の微細気泡は「マイクロバブル」と呼ばれていて、これら ナノバブルとマイクロバブルは互いに区別して使用される。従来より、これらのナノバ ブルやマイクロバブルについては、以下の特許文献に示されるような種々の機能や 効能、製造方法などが知られている。
[0003] [特許文献 1]には、常圧下において発生時に略 30 m以下の気泡径を有し、発 生後は所定の寿命を持って徐々に微細化し、消滅'溶解することを特徴とする微細 気泡（マイクロバブル）の記載がある。
[0004] また、 [特許文献 1]には、マイクロバブルの気液溶解や、浄化機能あるいは生理活 性の促進などの特性を利用して、ダム貯水池などの閉鎖性水域に対する水質浄ィ匕 や、養殖魚介類あるいは水耕栽培野菜類の成長促進、さらには生物に対する殺菌- 浄ィ匕などに適用した例と、その結果が記載されている。
[0005] [特許文献 2]には、液体中にぉ 、て、液体の一部を分解することで、マイクロパブ ルのうち気泡径が 1 IX m未満の超微細気泡であるナノバブルを生成する方法が記載 されている。また、 [特許文献 3]には、ナノバブルを含む水により物体の洗浄を行うナ ノバブル利用洗浄方法や、ナノバルブ利用洗浄装置が記載されて ヽる。 [0006] [特許文献 4]には、液体中に含まれる微小気泡に物理的刺激を加えて、微小気泡 を急激に縮小させるナノバブルの製造方法が記載されている。さらに、 [特許文献 5] には、気泡の直径が 50〜500nmで、気泡内に酸素を含有する酸素ナノバルブが含 まれる水溶液力 なる酸素ナノバブル水およびその製造法に係る技術が記載されて いる。
[0007] また、 [特許文献 6]には、円筒内で加圧液体と気体とを旋回させて加圧気液を生 成し、この加圧気液を下流側に行くにつれて不連続的に径が大きくなるノズルから吐 出することで、キヤビテーシヨン現象を発生させてマイクロバブルを生成する装置が開 示されている。さらに、 [特許文献 7]には、気泡径が 50 m以下のマイクロバブルを 発生させてイオン水を生成する技術が開示されて 、る。
[0008] このようにナノバルブは、マイクロノ レブの機能に加えて、工学的機能に優れるとと もに、生物の細胞レベルに直接的に作用させることができるため、半導体ウェハの洗 浄、皮膚疾患の治療など、マイクロバブルより広い分野への適用が可能となり、さらな る高機能化が期待されている。
[0009] 特許文献 1 :特開 2002— 143885号公報
特許文献 2：特開 2003 - 334548号公報
特許文献 3：特開 2004 - 121962号公報
特許文献 4：特開 2005— 245817号公報
特許文献 5：特開 2005 - 246294号公報
特許文献 6：特開 2003 - 126665号公報
特許文献 7 :特開 2006— 43642号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0010] ところで、上記したナノバブルは、マイクロバブルが水中で縮小する過程で瞬間的 に生成されることが確認されている力 物理的に極めて不安定な特性がある。したが つて、安定的な製造や長期間の保持が困難であり、実用化におけるネックとなってい る。
[0011] そこで、たとえば [特許文献 3]においては、分解ガス化された溶液中で超音波を印 加し、ナノバブルを生成することが提案されている。しかしながら、超音波発生装置は 高価で、かつ機体が大きぐまたマッチングをとるのに困難で、取扱いが容易ではな V、ために普及の妨げになって 、る。
[0012] また、 [特許文献 1]においては、円筒状スペース内に円周方向に圧送液を供給し て負圧領域を形成し、この負圧領域に外部気体を吸引させることで、マイクロバブル を生成する方法および装置が開示されている。し力しながら、この装置ではマイクロ バブルを生成できても、より小径のナノバブルを安定的に生成することはできな!、。 同様に、 [特許文献 6]に開示された技術を応用しても、ナノオーダーのバブルを含 むナノ流体を安定的に低コストで生成することはできない。
[0013] 一方で、ナノ流体^料水などの加工食品や医薬品などの医療分野に利用する場 合には、高度な衛生状態を維持して不純物の混入を防止する必要がある。そのため 、定期的に装置内を殺菌、消毒若しくは洗浄 (以下、「洗浄」と総称する)する必要が ある。このような洗浄作業は、装置を分解して部品ごとに洗浄液に浸漬させたり、洗浄 液を塗布するなどして行われるのが一般的である力 このような洗浄作業中はナノ流 体の生成を停止せざるを得ないため、結果的に、製造コストへの負荷が大きくなる。
[0014] 本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、比較的簡易で安価 な構造で、大量のナノ流体を連続的、安定的に生成することができ、取扱いが容易 で、洗浄作業を効率的に行うことで製造コストを飛躍的に低減できるナノ流体生成装 置及びナノ流体生成方法を提供することを目的とするものである。
課題を解決するための手段
[0015] 上記目的を達成するため、本発明の第 1の主要な観点によれば、直径が 1 m未 満の気泡であるナノバブルを含むナノ流体を生成する装置にぉ 、て、供給された気 体及び液体に乱流を発生させて強制的に混合する乱流発生機構及び混合された気 液混合流体を外部に吐出してナノ流体を生成する超微小吐出口を備えた気液混合 室と、この気液混合室に連通する供給路から液体及び気体を供給する気液供給装 置と、気液混合室に供給される気体及び液体を加圧する加圧手段と、加圧手段及び 気液供給装置の動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、気液供給装置と 加圧手段との少なくとも何れかを制御して、ナノ流体の生成モードと気液混合室の内 部及びこれに連通する流路を洗浄、殺菌若しくは消毒 (以下「洗浄」と総称する)する 洗浄モードとを切替えるものであることを特徴とするナノ流体生成装置が提供される。
[0016] このような構成によれば、内部に多数の凹凸などの乱流発生機構を備えた気液混 合室に気体と液体とを供給し、これらをポンプなどの加圧手段で加圧しながら強制的 に混合することで気体と液体とが均一に混合された気液混合流体が生成され、この 気液混合流体を、流路がナノオーダーまで狭小化された超微小吐出口から加圧状 態を維持したまま吐出することで、気液混合流体の気体及び液体の多くがナノレべ ルまで微小化されたナノ流体が生成される。
[0017] また、制御部によって、加圧手段や気液供給手段を切り替えて装置内に洗浄用の 気体や液体などを供給する洗浄モードと、ナノ流体の生成モードと洗浄モードとを切 り替えるようにした。ここで、洗浄モードにおいては、制御部は、気液混合室内が大気 圧若しくは生成モードよりも低圧となるように加圧手段を制御すると共に、気液混合室 に洗浄用の液体及び Z若しくは気体を供給するように供給装置を制御することが好 ましい。
[0018] これにより、気液が接する部位を隈無く洗浄できると共に、生成と洗浄とを瞬時に切 り替えられるので、洗浄モードの準備や生成モードへの復帰に要する時間や手間を 低減させて全体的な製造効率を向上させることができる。従って、ナノ流体の製造コ ストを一層低減できる。
[0019] また、上記した構成を備えたナノ流体生成装置を利用することで、簡易な構造で、 ナノバブルを含む飲料水を安定的に製造できる飲料水生成装置を得ることができる 。ナノバブルを含む飲料水は、人間の舌の表面（味覚点）や喉の内壁などの細胞に 作用して独特の刺激や味覚を発揮すると共に、ナノバブルが液体内で数力月間にわ たって浮遊するため品質の経時変化 (ビールや炭酸飲料の気抜けなど)を低減でき る。また、ナノバブルは飲料水中で長期間浮遊するので、例えばワインの熟成が促進 されるなどの副次的効果もある。
[0020] さらに、上記した構成を備えたナノ流体生成装置を利用することで、簡易な構造で 、ナノバブルを含む治療液 (薬剤)を安定的に製造できる治療液水生成装置を得るこ ともできる。微小なナノバブルを含む液状の薬剤は、細胞の隙間に入り込んで細胞 等に直接作用させることができるため、少量でも薬効を期待できる。また、アトピーを 初めとする各種アレルギーの皮膚疾患の患者に対しては、刺激の少な 、薬剤や純 水で治療したり患部を洗浄することができ、副作用などの患者への負担を軽減して治 療を促進できる。
[0021] 一方で、洗浄流体生成手段としてォゾナイザを設ける場合には、洗浄モードにお!ヽ てはオゾンによって装置内を洗浄すると共に、生成モードにおいてはオゾンを含むナ ノ流体を生成できる。このようなナノ化されたオゾンを含むナノ流体は、長期間にわた つて高い殺菌効果等を発揮できる。一方で、大量のオゾンが人体に直接作用すると 眼痛'頭痛、呼吸障害などの原因になるため、ナノ流体生成装置の周囲や超微小吐 出口の近傍にオゾンフィルタを設けて、余分なオゾンや洗浄に使用されたオゾンを回 収するのが好ましい。また、洗浄モードと生成モードとでオゾンの生成量を異ならせ て目的に応じた適量に制御するのが好ましい。
[0022] 本発明の第 2の主要な観点によれば、直径が 1 μ m未満の気泡であるナノバブルを 含むナノ流体を生成する方法において、気液供給装置によって、気体及び液体を、 乱流発生機構及び超微小吐出口を備えた気液混合室に供給する工程と、気液混合 室に供給される気体及び液体を加圧手段によって加圧する工程と、気液混合室に供 給された気体及び液体を前記乱流発生機構によって乱流を発生させて強制的に混 合する工程と、気液混合室内で混合された気液混合流体を加圧状態で超微小吐出 ロカ 外部に吐出してナノ流体を生成する工程と、制御手段によって、前記気液供 給装置と加圧手段との少なくとも何れかを制御して、気液混合室の内部及びこれに 連通する流路を洗浄、殺菌若しくは消毒 (以下「洗浄」と総称する)する工程とを備え た事を特徴とする方法が提供される。
[0023] このような構成によれば、上記した第 1の主要な観点におけるナノ流体生成装置を 利用して好適に得られるナノ流体生成方法を得ることができる。
発明の効果
[0024] 本発明によれば、比較的簡易で安価な構造で、大量のナノ流体を連続的、安定的 に生成することができ、取扱いが容易で、製造コストを飛躍的に低減できるなどの効 果を奏する。また、装置内部を簡易、迅速かつ確実に洗浄できるので、高度な衛生 性を要求される分野でも本装置によって生成されるナノ流体を提供できると共に、洗 浄工程を含めたナノ流体の全体的な生成効率を向上させることができ、製造コストを 低減することができる。
発明を実施するための最良の形態
[0025] 以下、本発明の実施の形態を、図面にもとづいて説明する。
[0026] 図 1 (A)は、本発明の一実施の形態に係るナノ流体生成装置 1の模式的な断面図 であり、図 1 (B)は図 1 (A)で丸印を付した要部 Mを拡大した図であり、図 2は、制御 ユニットによる制御フローを示すタイミングチャートである。
[0027] ナノ流体生成装置 1は、ジェネレータ 2と、貯溜タンク 3と、加圧ポンプ (加圧手段) 4 と、給水源 Sから加圧ポンプ 4と貯溜タンク 3を介してジェネレータ 2に連通する配管 H と、オゾンを発生させるォゾナイザ Oと、ナノ流体の生成モード及び装置内の洗浄モ ードを切り替え制御する制御ユニット（制御部） CRと、オゾンを回収するオゾンフィル タ Fと、装置内を洗浄するための洗浄ユニット WSとから構成される。
[0028] 前記給水源 Sと加圧ポンプ 4との間の配管 Hには、純水生成装置 23が設けられて いて、給水源 Sから導入した水を純水に換えて加圧ポンプ 4に供給できる。前記加圧 ポンプ 4は、純水生成装置 23から純水を吸込み、 13〜 15気圧に加圧して前記貯溜 タンク 3に送水することができる。
[0029] 前記加圧ポンプ 4の上流側と下流側の配管 H力 バイパス回路 Rが分岐して設けら れる。前記バイパス回路 Rには吸気弁（吸気手段） 21が設けられていて、この吸気弁 21は加圧ポンプ 4の作動にともなって開放され、外部空気を吸気する逆止弁である。
[0030] ォゾナイザ Oは、加圧ポンプ 4の下流側に配設されて 、る。このォゾナイザ Oにより 、ナノ流体の生成モードにおいては前記吸気弁 21から吸気された外気と共にオゾン を貯溜タンク 3に供給してオゾンを含有するナノ流体を生成できる。また、洗浄モード においては、装置内を洗浄するためのオゾンを発生させる。なお、ォゾナイザ Oを吸 気弁 21と並列して設けて、外気とオゾンとを選択的に混入させるようにしてもよい。
[0031] 本実施形態では、洗浄モードにおいて洗浄液を加圧ポンプ 4に供給する洗浄水供 給装置 WAが設けられている。この洗浄水供給装置 WAは、前記純水生成装置 23 によって生成される純水と三方弁によって選択的に供給される。この洗浄水供給装 置 WAは、別途生成された洗浄水を貯留する貯留槽で構成してもよいし、図示しない 給水源から供給された水に洗浄成分を添加して洗浄水を生成する構成にしてもよい
[0032] 前記純水生成装置 23と、洗浄水供給装置 WAと、吸気弁 21と、ォゾナイザ Oとよつ て気液供給装置が構成される。そして、制御ユニット CRは、この気液供給装置、切 替弁及び加圧ポンプ 4を制御して、ナノ流体の生成モードと装置内の洗浄モードとを 切替えるものである。
[0033] 具体的には、ナノ流体の生成モードにおいては、制御ユニット CRが加圧ポンプ 4と ォゾナイザ Oとを作動させると、配管 Hにおける加圧ポンプ 4の上流側と下流側との 圧力差が生じ、加圧ポンプ 4で加圧されて送られる純水中に吸気弁 21から吸込まれ たエア (外気）が混入すると共に、ォゾナイザ Oが発生させたオゾンが混入し、この状 態で貯溜タンク 3へ供給されるようになって 、る。
[0034] また、洗浄モードにぉ 、ては、制御ユニット CRは、洗浄水供給装置 WAとォゾナイ ザ Oとを作動させると共に、三方弁を洗浄側に切り替えて、洗浄液とオゾンとを混合さ せた気液混合流体を貯留タンク 3に供給する。この洗浄モードにおいては、生成モー ドよりもオゾンの発生量が多くなるようにォゾナイザ Oを制御する。洗浄液の種類ゃォ ゾンの含有量などは、生成するナノ流体の種類や生成能力などに応じて適宜調節す る。
[0035] 前記加圧ポンプ 4の加圧能力がナノ流体の生成時に 13〜 15気圧である場合に、 前記吸気弁 21の吸気量は毎分 1〜3リットル程度に設定される。また、洗浄モードに お!ヽては、気液混合流体を 2〜5気圧程度に加圧する。
[0036] 前記貯溜タンク 3には所定割合の液体 (純水や洗浄水）と気体 (エアやオゾン）が加 圧状態で貯溜されることになるが、貯溜容量の設定は生成するナノ流体の種類や、 前記ジェネレータ 2の生成能力などに応じて適宜変更される。
[0037] たとえば、純水とエアと力もなる流体を生成し、加圧ポンプ 4の加圧能力が 13〜 15 気圧で、ナノ流体の生成能力を毎分 40〜60リットルに設定した場合は、前記貯溜タ ンク 3の容量を、 12〜 15リットル程度とすれば十分である。
[0038] また、浴槽やプールなどに貯溜された水をナノ流体に改質する場合は、前記給水 源 sを浴槽やプールに置き換えるとともに、この装置で生成したナノ流体を含む水を 貯溜タンク 3に溜めつつ循環させることで、毎分 1〜2トンの処理が可能である。
[0039] 前記ジェネレータ 2は、たとえばステンレス材等の耐圧性と耐水性に優れた素材か ら形成され、軸心を上下方向に向けた筒状体である。上端面および下端面ともに閉 成されていて、上端面には供給口 5が設けられ、下端面には吐出口 6が設けられる。
[0040] 前記ジェネレータ 2の内部には軸方向に沿って所定間隔を存して第 1の隔壁板 a 1 と、第 2の隔壁板 a2および第 3の隔壁板 a3が設けられ、内部を区画している。供給口 5が設けられる上端面力 第 1の隔壁板 alまでの内部空間を分配空間 Aと呼び、第 1 の隔壁板 al力 第 2の隔壁板 a2までの内部空間を気液混合室 7と呼ぶ。
[0041] そして、第 2の隔壁板 a2から第 3の隔壁板 a3までの内部空間を弁室 Bと呼び、第 3 の隔壁板 a3から吐出口 6が設けられる下端面までの内部空間を導出空間部 Cと呼ぶ 。これら内部空間 A, 7, B, Cは、以下に述べるように構成される。
[0042] 前記貯溜タンク 3の下端部には供給弁 22を備えた供給口体 3aが突設されていて、 供給弁 22から下部側の供給口体 3a—部は、前記ジェネレータ 2の上端部に設けら れる供給口 5に気密構造を用いて挿入される。前記供給口体 3aの開口端はジエネレ ータ 2内部である前記分配空間 Aに延出している。
[0043] 前記第 1の隔壁板 alには、中心軸力 互いに異なる半径の同心円上に、それぞれ 所定間隔を存して、複数の第 1の連通孔 8aおよび第 2の連通孔 8bが板面を貫通して 設けられている。前記第 1の連通孔 8aはジェネレータ 2の軸心周辺に位置し、垂直方 向（軸方向）に沿って設けられる。前記第 2の連通孔 8bはジェネレータ 2の外周部付 近に位置し、斜め外周方向に向けて設けられている。
[0044] このことから、軸心側の第 1の連通孔 8aを導かれる流体は垂直方向に流下し、外周 側の第 2の連通孔 8bを導かれる流体は外方へ向って流下する。そして、前記分配空 間 Aは複数の第 1の連通孔 8aおよび第 2の連通孔 8bを介して、前記気液混合室 7と 連通状態にある。
[0045] 前記気液混合室 7における第 1の隔壁板 la下面で、ジェネレータ 2の軸心位置に は、円錐部材 11がー体に垂設される。この円錐部材 11において、第 1の隔壁板 al 力 垂設される部位は単純な杆部 11aであるが、杆部 11a下端は円錐状に形成され る円錐部 l ibとなっている。
[0046] 前記円錐部材 11の、特に円錐部 l ib周面は、第 1の隔壁板 alの軸心側に設けら れる第 1の連通孔 8aの直下部に位置している。これら第 1の連通孔 8aが垂直方向に 向けて設けられるところから、連通孔 8aから垂直に流下する流体を前記円錐部材 11 の円錐部 1 lbテーパー状周面で受けるよう形成される。
[0047] また、円錐部材 11の円錐部 l ib周面には凹溝 12が設けられる。この凹溝 12は円 錐部 l ib周面に沿って設けられるよりも、複数の長溝からなり、し力も互いに深さを異 ならせた状態で設けるほうがよい。
[0048] 一方、前記気液混合室 7の内周面には、複数の突条 9と凹溝 10が軸方向に沿って 交互に設けられる。前記突条 9および凹溝 10ともに、ジェネレータ 2の内壁周面に沿 つて設けられていて、互いに階層状をなしている。上記第 1の隔壁板 alに設けられる 第 2の連通孔 8bは外方に向って開口しているので、この連通孔 8bを流下する流体は 、前記突条 9もしくは凹溝 10に確実に導かれるようになって 、る。
[0049] 前記第 2の隔壁板 a2は、断面形状がジェネレータ 2の周面から中心軸に向って斜 め下方に傾斜するテーパー状をなすとともに、下端の中心軸に沿う部位は開口され 、いわゆる漏斗状をなす。この開口部 Kaを介して気液混合室 7と前記弁室 Bとが連 通する。
[0050] 前記第 2の隔壁板 a2における上面側である、気液混合室 7に面する部位にも突条 9が設けられている。前記突条 9は、特に第 2の隔壁板 a2の上端部にのみ設けられて いて、気液混合室 7の最下段に設けられる突条 9との間に、他の凹溝 10と同様の凹 溝 10が形成される。
[0051] このように、前記気液混合室 7におけるジェネレータ 2内周面と第 2の隔壁板 a2に設 けられる突条 9と凹溝 10、円錐部材 11の円錐部 l ibおよび円錐部 l ibに設けられる 凹溝 12等で乱流発生機構ほ L流発生手段) Zが構成される。
[0052] なお、乱流発生機構 Zであるジェネレータ 2内周面と第 2の隔壁板 a2に設けられる 突条 9の位置および大きさ、凹溝 10の位置および大きさ、円錐部材 11の円錐部 l ib の直径とテーパー角度、ここに設けられる凹溝 12の深さ寸法等は、全て生成するナ ノ流体の種類や時間当りの生成量、圧力等に応じて自由に設定できる。 [0053] たとえば、突条 9の高さ寸法と、凹溝 10, 12の深さ寸法を、いずれも 5mm (高低差： 最大 10mm)としてもよい。同様に、気液混合室 7の容積、第 1の隔壁板 alに設けら れる第 1、第 2の連通孔 8a, 8bの数と直径、ジェネレータ 2の直径なども、生成するナ ノ流体の種類や時間当りの生成量、圧力に応じて自由に設定できる。
[0054] 前記第 2の隔壁板 a2において、突条 9と同一面で、かつ突条 9より傾斜下部側には 、表面が研磨され高い平滑性を確保するプラチナチップが装着されていて、第 1の平 滑面部 Haを構成する。すなわち、第 2の隔壁板 a2の突条 9aを除く上面は、前記第 1 の平滑面部 Haによって極めて平滑な面に形成されている。
[0055] プラチナ材を選択した理由は、ジェネレータ 2を構成するステンレス材ゃ、その他の 金属材では、一般的に研磨による表面の平滑ィヒに物理的な限界があり、後述する流 路の幅を所望値に設定することができな 、。これに対してプラチナ材は表面の平滑 精度をほとんど極限値まで求められ、所望のオーダーの流路を形成できるからである
[0056] 前記第 1の平滑面部 Haの下端側が前記開口部 Kaとなって ヽて、この開口部 Kaに 止め弁体 15が揷通される。前記止め弁体 15は、第 2の隔壁板 a2の開口部 Kaおよび 第 3の隔壁板 a3の中心軸に沿って設けられる開口部 Kbに挿通する杆部 15aと、この 杆部 15aの上端に一体に連設される弁部 15bと、前記杆部 15aの下端に一体に連設 されるストッパ部 15cとからなる。
[0057] 前記止め弁体 15の杆部 15a直径は、第 2の隔壁板 a2の開口部 Ka直径と、第 3の 隔壁板 a3の開口部 Kb直径との、いずれに対しても小さく形成されている。しカゝも、弁 部 15bが第 2の隔壁板 a2の上部に位置し、ストッパ部 15cが第 3の隔壁板 a3から下 部側の前記導出空間部 Cに位置するよう寸法設定されているので、弁部 15bが第 2 の隔壁板 a2の傾斜上面に載り、この弁部 15bで止め弁体 15の全重量を支持する。
[0058] さらに、前記弁部 15bの周面は第 2の隔壁板 a2のテーパー角度と同一のテーパー 角度に形成されているうえに、所定の軸方向長さ（厚み）があり、弁部 15b周面は第 2 の隔壁板 a2の上面に形成される第 1の平滑面部 Haに密に接触して 、る。
[0059] 前記弁部 15bの周面には、表面が研磨され高い平滑性を確保するプラチナチップ が装着されていて、第 2の平滑面部 Hbを構成する。したがって、第 2の隔壁板 a2と止 め弁体 15とは、第 1の平滑面部 Haと第 2の平滑面部 Hbを介して密接状態にある。
[0060] 実際には、第 2の隔壁板 a2の平滑面部 Haと止め弁体 15の平滑面部 Hbとの間に、 必然的に極く狭い隙間が形成されている。上述したように、ステンレス材ゃ他の金属 材では一般的に研磨による表面の平滑ィ匕に物理的な限界があるため、平滑面状に した上記素材力 なる部材相互を密接させたところで、数 10 mの隙間が形成され てしまう。
[0061] これに対して、プラチナ材を用いて表面を極めて平滑な加工をなし平滑面部を形 成したうえで互いに密接させた場合には、隙間を nmオーダーまで極小化できる。ここ では、図 1 (B)に示すように、プラチナ材カもなる第 1の平滑面部 Haと第 2の平滑面 部 Hb相互の隙間（以下、「超微小吐出口」と呼ぶ） 20を、最大 (最小)で 0. 2 μ χη {2 OOnm)程度の超微小な状態に狭めることができる。
[0062] 一方、前記第 3の隔壁板 a3において、止め弁体 15の杆部 15aが挿通する開口部 Kbの周辺に複数の貫通孔 16が設けられていて、これら貫通孔 16を介して弁室 Bと、 前記導出空間部 Cとが連通している。前記ジェネレータ 2の下端面に設けられる吐出 口 6には、図示しない外部処理装置に連通される配管が接続されるようになっている
[0063] このようにして構成されるナノ流体生成装置 1にお 、てナノ流体を生成する場合は 、図 2のタイミングチャートに示すように、制御ユニット CRが加圧ポンプ 4、ォゾナイザ O及び純水生成装置 23を駆動すると共に三方弁 Vを生成側に切替える (維持する） 。これにより、純水が加圧ポンプ 4に導かれ、吸気弁 21からバイパス回路 Rを介して エア及びオゾンが導かれ、純水とエア及びオゾンとが加圧された状態で貯溜タンク 3 に供給される。前記貯溜タンク 3は、集溜される加圧された気液混合流体の、液体に 対する気体の割合および圧力等を安定させる機能を有する。
[0064] 加圧された純水とエアの混合流体、すなわち気液混合流体が貯溜タンク 3内に所 定水位以上貯溜されるまで待機し、それから供給口体 3aに設けられる供給弁 22を 開放する。加圧された所定割合の気液混合流体は、供給口 5からジェネレータ 2内部 の最上段に形成される分解空間部 Aに供給される。
[0065] 加圧された気液混合流体は、一旦、前記分解空間部 Aに充満してから、第 1の連 通孔 8aと第 2の連通孔 8bを流下して気液混合室 7に導かれる。すなわち、前記分解 空間部 Aを備えたことで、分解空間部 Aから気液混合室 7へ均一な状態として加圧さ れた気液混合流体を分配案内できる。なお、気液混合流体を気液混合室 7に供給し てから加圧するようにしてもよ!、。
[0066] 第 1の連通孔 8aを流下した混合流体は、この直下部にある円錐部材 11の円錐部 1 lb周面もしくは、円錐部 l ib周面に設けられる凹溝 12に当たって跳ね返る。この時、 円錐部 1 lb周面に当たって跳ね返る混合流体の水滴と、凹溝 12に当たって跳ね返 る混合流体の水滴とでは、互 ヽに跳ね返り角度が異なる。
[0067] 上述の部位で跳ね返った水滴は第 1の隔壁板 alの互いに異なる部位に当たり、さ らに異なる角度で跳ね返る。また、第 2の連通孔 8bは斜め外方へ向けて設けられて V、るので、この連通孔 8bを流下する加圧された気液混合流体は斜め外方であるジヱ ネレータ 2の周面に設けられる突条 9もしくは凹溝 10に当たって跳ね返る。
[0068] 気液混合流体の水滴が前記突条 9もしくは凹溝 10に当たることにより、互いに異な る角度で跳ね返り、さらに第 1の隔壁板 al、円錐部材 11、他の突条 9、および凹溝 1 0、 12等の乱流発生機構 Zの構成部材全てに当たって跳ね返る作用を頻繁に繰り返 し、順次、下部側へ移動していく。
[0069] このようにして、加圧された状態で気液混合室 7に導かれた気液混合流体は、気液 混合室 7に備えられる乱流発生機構 Zの内部形状によってランダムな方向に飛散し、 乱流状態が継続する。そして、いずれかの部位に衝突しながら跳ね返りが繰り返され るが、衝突する都度、加圧状態のまま強制的に気液混合と微細化が進行する。
[0070] 気液混合室 7において乱流状態となることにより強制的に混合された気液流体は、 また加圧状態にあるので、第 2の隔壁板 a2に形成される第 1の平滑面部 Haと、止め 弁体 15の弁部 15bに形成される第 2の平滑面部 Hbとの隙間である超微小吐出口 2 0に強制的に導かれ、かつ通過させられる。
[0071] 前記超微小吐出口 20を加圧状態で強制的に通過させられることで、気液流体はナ ノバブルを大量に含むナノ流体に変わって弁室 Bに供出される。得られるナノバブル を含むナノ流体の粒径は、前記超微小吐出口 20の幅寸法と同様の 0. 2 ^ πι (200η m)前後となる。生成されたナノ流体をリオン株式会社製の微粒子計測器 (液中パー ティクルセンサ KS— 17)で測定したところ、 1ml中に、 50nm〜90nmの超微小径 のナノバブルが 12万個以上存在することが確認できた。なお、ナノ流体の生成にとも なって、液体 (純水）自体もナノレベルの微小なクラスタに分解されることとなり、液体 吸収性などを格段に向上させることができる。
[0072] 弁室 Bに導かれたナノ流体は、弁室 Bから順次、複数の貫通孔 16を介して導出空 間部 Cに導かれ充満する。前記導出空間部 Cは、ナノ流体を一旦集溜し安定化させ た状態にして、吐出口 6から所定の供給先へ供給する。この導出空間部 Cが、加圧 状態で吐出されたナノ流体を一時的に貯留して大気圧まで減圧し流速を弱めて安 定化させる機能を有する。なお、このような機能を備える減圧部や貯留槽を吐出口 6 の外部に独立して設けてもよい。また、貯留槽の容積ゃ貯留時間などは、ナノ流体の 用途、加える圧力、気液の種類などに応じて設計される。
[0073] このようにして、簡易な構成の装置でありながら、純水およびエアから、 0. 2 μ χη {2 OOnm)前後のナノバブルを含むナノ流体を安定的に生成することができ、取扱いが 容易で、製造コストの低減化を図られる。
[0074] 一方、一定時間ナノ流体を生成した後に、装置内の洗浄を行う場合は、制御ュニッ ト CRは、各機器を図 2の「生成モード」から「洗浄モード」に切り替える。このモードの 切替えは、時間や生成量などによって自動的 ·画一的に切り替えてもよいし、ォペレ ータがマ-ユアル操作で切り替えてもよい。さらに、流量センサなどによって装置内の 状態を監視して、基準値を超えた場合等に自動的に洗浄モードに切り替えてもよい。
[0075] このような洗浄モードにお!、ては、制御ユニット CRは、まず加圧ポンプ 4、洗浄水生 成装置 23及びォゾナイザ Oを一旦停止して装置内に残留している気液混合体を排 出させるために待機する。この時、加圧ポンプ 4だけを作動させて排出を促してもよい
[0076] 所定時間待機した後に、加圧ポンプ 4、洗浄水供給装置 WA及びォゾナイザ Oを起 動させ、三方弁 Vを洗浄側に切り替える。これにより洗浄モードが開始する。この時、 加圧ポンプ 4は、生成モードよりも低圧で、大気圧よりも高圧の 2〜5気圧程度にする 。これにより、加圧ポンプ 4をはじめとする装置全体への負荷を抑えながら、凹溝 10 内や超微小吐出口 20に付着した液体の成分なども効率的かつ確実に除去できる。 また、ォゾナイザ oは、生成モードよりもオゾンの発生量を増大させて洗浄効果を高 めるのが好ましい。一方で、大量のオゾンが人体に直接作用すると頭痛や肺水腫な どの原因となることから、作業環境の悪ィ匕を防止する意味でも、吐出口 6の周囲など にオゾンフィルタ Fや図示しないオゾンセンサを設置するのが好ましい。さらに、洗浄 モードにおいては、気液を均一に混合させる必要はないため、貯溜タンク 3の下端部 の供給弁 22を常時開放してぉ 、てもよ 、。
[0077] このような洗浄モードを所定時間係属させた後、制御ユニット CRは、加圧ポンプ 4、 洗浄水供給装置 WA及びォゾナイザ Oを停止して洗浄モードを終了させる。また、続 けて生成モードを開始する場合は、上記したように、各機器を生成モードに切り替え る。なお、洗浄モードの継続時間は、ナノ流体の用途や気液の種類、ジェネレータ 2 の容積などに応じて適宜調節する。
[0078] 上記のように、本実施形態では、ナノ流体の生成モードとナノ流体生成装置 1内の 洗浄モードとを連続的かつ瞬時に切替えられるようにした。そのため、装置内部の洗 浄のための準備及び生成モード復帰のための時間を最小限に抑えることができ、全 体としてナノ流体の生成工程を効率ィ匕して製造コストを低減することができる。
[0079] 例えば、清涼飲料水 'ビールなどの飲料水や、液状の薬剤などの人体に直接摂取 •投与される物質、若しくはアトピーを始めとする皮膚疾患の治療用の薬剤や消毒液 、化粧水やシャンプーなどの人体に直接接する物質などでは、製造過程で衛生面や 不純物の混入防止などが厳重に管理される。そのため、このような分野で利用される ナノ流体を生成する場合には、装置内部を頻繁に洗浄して衛生性を高度に維持して おく必要がある。このような分野に本実施形態のナノ流体生成装置 1を適用すること で、衛生性の維持と生成効率の向上とを同時に実現させることができる。
[0080] また、閉鎖水域の水質浄ィ匕のように、不純物などを含む液体を循環させる場合には 、循環流路の途中に各種のフィルタを設けても、ナノ流体生成装置内に微小な不純 物などが徐々に蓄積していくことになる。このような用途においても、本実施形態のナ ノ流体生成装置を好適に利用でき、ナノ流体の生成モード (水質浄化モード)と装置 内の洗浄モードとを連続的に実行でき、洗浄に際して装置を分解等する必要がない ので、水質浄化の効率を飛躍的に向上させることができる。 [0081] (変形例）
なお、本発明は上述した実施の形態そのままに限定されるものではなぐ実施段階 ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体ィ匕できる。そして、上述 した実施の形態に開示されて ヽる複数の構成要素の適宜な組み合せにより、さらに 種々の発明を形成できる。
[0082] たとえば、加圧ポンプ 4とジェネレータ 2との間に介在されている貯溜タンク 3を省略 して、加圧ポンプ 4と吸気弁 21から導かれる加圧された液体と気体の混合流体を直 接ジェネレータ 2に直接供給するようにしてもょ 、。
[0083] あるいは、加圧された液体と加圧された気体のそれぞれをジェネレータ 2に供給し、 混合させるとともに乱流状態を得るようにしてもよい。この場合は、ジェネレータ 2にカロ 圧された液体および、加圧された気体のそれぞれを供給してから、ジェネレータ 2内 部の圧力や気液の割合等が安定するまでに多少時間 (数十秒〜数分程度）がかか るが、一旦安定したあとは貯溜タンク 3を備えた場合と同様に、ナノ流体を連続的に 生成できる。
[0084] また、気液混合室 7の内部構造として、中心軸に沿って円錐部材 11を備えるととも に、ジェネレータ 2の内周壁に突条 9と凹溝 10を交互に連続して設けたが、これに限 定されるものではなぐたとえば所定間隔を存して複数枚の板体を設け、これら板体 の互いに異なる部位に案内孔を設けてもよ!、。
[0085] 上下の板体において案内孔相互が非対向となり、板体はいわゆる邪魔板となって、 気液の強制的な混合がなされる。この他、板体の代りに網目の異なる網目体を備え ても同様な作用効果が得られる。ただし、気液混合室 7には加圧された状態の気液 混合流体が導かれるので、前記網目体はその圧力に充分耐え得る剛性が必要とな る。要は、気液混合室 7において気液混合流体に対して効率よく乱流状態となり得る 構造を採用すればよい。
[0086] 前記超微小吐出口 20は、プラチナチップからなる第 1、第 2の平滑面部 Ha, Hbを 密接させた状態で必然的に形成される超微小隙間であるが、特殊な研磨技術ゃコ 一ティング技術の向上によって吐出口をナノレベルまで狭めることができれば、ブラ チナ以外の金属材を使用することも可能である。 図面の簡単な説明
[0087] [図 1]本発明における実施の形態に係る、ナノ流体生成装置の模式図及び部分拡大 図。
[図 2]同、制御ユニットの制御フローを示すタイミングチャート。
符号の説明
[0088] 1…ナノ流体生成装置、 2…ジェネレータ、 3…貯溜タンク、 4…加圧ポンプ (加圧手 段）、 7…気液混合室、 9…突条、 10· ··凹溝、 11· ··円錐部材、 12· ··凹溝、 20· ··超微 小吐出口、 21· ··吸気弁 (吸気手段)、 23· ··純水生成装置、 A…分配空間部、 C…導 出空間部、 F…オゾンフィルタ、 Ο· ··ォゾナイザ、 V…三方弁、 Z…乱流発生機構ほ L 流発生手段）、 CR…制御ユニット、 WA…洗浄水供給装置。

Claims

請求の範囲
[1] 直径が 1 μ m未満の気泡であるナノバブルを含むナノ流体を生成する装置にぉ ヽ て、
供給された気体及び液体に乱流を発生させて強制的に混合する乱流発生機構及 び混合された気液混合流体を外部に吐出してナノ流体を生成する超微小吐出口を 備えた気液混合室と、
この気液混合室に連通する供給路から液体及び気体を供給する気液供給装置と、 気液混合室に供給される気体及び液体を加圧する加圧手段と、
加圧手段及び気液供給装置の動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、気液供給装置と加圧手段との少なくとも何れ力を制御して、ナノ流 体の生成モードと気液混合室の内部及びこれに連通する流路を洗浄、殺菌若しくは 消毒 (以下「洗浄」と総称する)する洗浄モードとを切替えるものである
ことを特徴とするナノ流体生成装置。
[2] 請求項 1の装置であって、
前記制御部は、洗浄モードでは、気液混合室内が大気圧若しくは生成モードよりも 低圧となるように加圧手段を制御すると共に、気液混合室に洗浄用の液体及び Z若 しくは気体を供給するように供給装置を制御することを特徴とするナノ流体生成装置
[3] 請求項 2の装置であって、
前記供給装置は、洗浄モードにおいて、洗浄用の液体及び Z若しくは気体を生成 する洗浄流体生成手段を備えたことを特徴とするナノ流体生成装置。
[4] 請求項 3の装置であって、
前記洗浄流体生成手段は、オゾンを発生させるォゾナイザであることを特徴とする ナノ流体生成装置。
[5] 請求項 4の装置であって、
前記制御部は、生成モードにぉ 、てもォゾナイザを起動してオゾンを含むナノ流体 を生成すると共に、生成モードと洗浄モードとにおいて、オゾンの発生量が異なるよう にこのォゾナイザを制御することを特徴とするナノ流体生成装置。
[6] 請求項 4の装置であって、
さらに、気液混合室内の洗浄に使用されたオゾンを回収するオゾンフィルタを備え たことを特徴とするナノ流体生成装置。
[7] 請求項 1のナノ流体生成装置において、前記気液供給装置が、飲料水の原料成分 となる液体および気体を気液混合室に供給して、ナノバブルを含む飲料水を生成す ることを特徴とする飲料水生成装置。
[8] 請求項 1のナノ流体生成装置において、前記気液供給装置が、皮膚疾患の予防若 しくは治療用の液体および気体を気液混合室に供給して、ナノバブルを含む治療液 を生成することを特徴とする治療液水生成装置。
[9] 直径が 1 μ m未満の気泡であるナノバブルを含むナノ流体を生成する方法にぉ ヽ て、
気液供給装置によって、気体及び液体を、乱流発生機構及び超微小吐出ロを備 えた気液混合室に供給する工程と、
気液混合室に供給される気体及び液体を加圧手段によって加圧する工程と、 気液混合室に供給された気体及び液体を前記乱流発生機構によって乱流を発生 させて強制的に混合する工程と、
気液混合室内で混合された気液混合流体を加圧状態で超微小吐出口から外部に 吐出してナノ流体を生成する工程と、
制御手段によって、前記気液供給装置と加圧手段との少なくとも何れかを制御して 、気液混合室の内部及びこれに連通する流路を洗浄、殺菌若しくは消毒 (以下「洗 浄」と総称する)する工程と
を備えた事を特徴とする方法。
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