WO2012017475A1 - 微細気泡発生装置 - Google Patents

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    • B01F25/1041—Mixing by creating a vortex flow, e.g. by tangential introduction of flow components characterised by the arrangement of the discharge opening the mixing chamber being vertical with the outlet tube at its upper side
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    • B01F31/80—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations
    • B01F31/86—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations with vibration of the receptacle or part of it

Definitions

  • the present invention relates to a fine bubble generating apparatus that applies ultrasonic vibration to a passing liquid to generate micro-sized or nano-sized bubbles in the liquid.
  • Patent Document 1 provides a fuel improvement device that attaches an ultrasonic vibrator to a fuel line, atomizes the fuel, attaches a magnet or an electromagnet downstream thereof, and further activates and ionizes the atomized fuel.
  • Patent Document 2 in order to achieve complete combustion by making liquid fuel oil particles into ultrafine particles, and to achieve low pollution with effective use of energy, the fuel oil filter bracket is connected with a transmitter and a wiring.
  • a fuel oil reforming apparatus is provided that disposes the liquid fuel oil particles circulating in the fuel oil filter assembly into ultrafine particles.
  • an ultrasonic oscillating means for oscillating ultrasonic waves from the bottom surface is disposed on the bottom surface of the fuel container, and an ultrasonic wave from the ultrasonic oscillating means is selected according to the liquid level of the fuel in the fuel container.
  • a fuel reformer having ultrasonic frequency variable means for varying the frequency of sound waves.
  • Patent Document 4 discloses a water crushing step of crushing untreated water to form crushed water in which clusters due to hydrogen bonds between water molecules are decomposed, and a part of the visible light region in the crushed water thus formed.
  • a water quality reforming method comprising a photochemical reaction step of irradiating ultraviolet rays containing water to excite resonance vibrations in polar water molecules to make active water with high hydrophilicity and hydration properties to other ion atoms and ions molecules. It is disclosed that non-treated water is passed through a container equipped with an ultrasonic generator as a pretreatment of the water crushing means. Further, this cited document 4 discloses that an ultrasonic generator is provided in a water tank that allows non-treated water to pass through, and imparts vibration of about 20 kHz to water that passes through the water tank.
  • Patent Documents 1 to 3 a technique for applying an ultrasonic wave to a fuel and reforming the fuel (particulates) is already known.
  • Patent Document 4 Although it is also known to add vibration to water passing therethrough, micro- or nano-sized bubbles can be efficiently formed in the liquid by using a conventional method, particularly by simply providing a vibration generating means in one of the spaces into which the liquid flows. There was a problem that it was difficult to generate. Therefore, the present applicant has proposed a new fuel reformer for solving the above problems in Japanese Patent Application Nos. 2008-167632 and 2008-168567.
  • the present invention is a further improvement of the fuel reformer by the present applicant, and provides a fine bubble generator capable of generating micro-sized or nano-sized bubbles in a passing liquid more efficiently.
  • the present invention provides a bottomed case that defines a cylindrical reforming space, a vibration plate provided so as to close the opening side of the case, and a vibration plate on the vibration plate for vibrating the vibration plate. And a liquid inflow portion is formed along the tangential direction of the cylindrical wall surface of the case defining the reforming space, and the liquid outflow portion is It is in opening in the approximate center by the side of the vibration plate of the said modification space.
  • the liquid outflow portion moves to the upper portion of the reforming space that opens. Since the ultrasonic vibration is applied by the vibration of the vibration plate, the bubbles generated by the ultrasonic waves can be concentrated as fine bubbles while concentrating on the central part by the swirling flow, and the sufficient bubbles are included. The liquid can be taken out. Furthermore, the position where the bubbles are concentrated can be changed by moving the opening position of the liquid inflow portion in the axial direction of the reforming space.
  • the liquid outflow portion includes a fluid outlet hole penetrating a liquid outflow pipe formed in the case, a central opening portion opened substantially in the center of the vibration plate, and a reforming space side opening portion of the liquid outflow pipe. It is desirable that the vibration plate-side communication hole has an outer peripheral opening that opens at a position facing each other.
  • the liquid outflow portion can be formed separately on the case side and the vibration plate side, so that the assembly of the case defining the reforming space and the vibration plate closing one of the reforming spaces is improved. It is possible to achieve simplified manufacturing.
  • a vibration part having a vibration surface extending spirally toward the modification space side is formed on the side of the modification space of the vibration plate, and the vibration plate side communication hole is formed in the vibration part. Is desirable.
  • the vibration plate side communication hole of the liquid outflow portion contains a large amount of bubbles without obstructing the swirling flow of the liquid. It is possible to guide the liquid.
  • an optimal bubble state is ensured in the liquid only by setting the positions of the liquid inflow portion and the liquid outflow portion and forming a predetermined swirl flow in the reforming space. There is an effect that it is possible.
  • the present invention provides a fine bubble generating device that allows bubbles generated in a liquid by ultrasonic vibration to be concentrated in a central portion by a swirling flow to become finer bubbles, and the liquid containing the bubbles can be efficiently taken out to the outside. There is.
  • a microbubble generator 1 includes an ultrasonic vibration generator 10 that generates ultrasonic vibrations, and a liquid that passes through the ultrasonic vibrations generated by the ultrasonic vibration generator 10. And a reforming unit 20 that generates and modifies bubbles.
  • the liquid is fuel, water or the like.
  • the ultrasonic vibration generating unit 10 includes a vibration plate 11 and an ultrasonic vibrator unit 12 fixed on the vibration plate 11.
  • the reforming unit 20 includes a case 21 having a bottomed cylindrical internal space.
  • This bottomed cylindrical internal space becomes a reforming space 22 through which liquid passes.
  • the cylindrical wall surface of the case 21 is formed with an inflow opening 25 of a liquid inflow pipe 23A that defines a fluid outlet hole 23 extending in a tangential direction, and extends in the radial direction of the reforming space 22.
  • An outflow opening 26 of the liquid outflow pipe 24A that defines the liquid outflow hole 24 is formed.
  • a swirl flow adjusting wall 28 extending in a cylindrical shape is provided at the center of the bottomed portion 29 of the case 21.
  • a vibrating portion 13 having a vibrating surface 16 extending in a spiral shape is formed on the reforming space side of the vibrating plate 11.
  • a vibration plate side communication hole 15 is formed in the center to communicate the cylindrically formed concave portion 14 with the outer peripheral portion 19.
  • the vibration plate side communication hole 15 has a central opening 17 that opens to the concave portion 14 and an outer peripheral opening 18 formed in the outer peripheral portion 19, and the outer peripheral opening 18 includes the liquid outflow pipe 24 ⁇ / b> A. It arrange
  • the vibrating plate side communication hole 15 and the liquid outflow hole 24 constitute a liquid outflow portion.
  • Reference numeral 27 denotes a flange portion for attaching the vibration plate 11.
  • the microbubble generator 1 is configured so that the liquid flowing from the inflow opening 25 of the liquid inflow pipe 23 flows into the reforming space 22 as shown in FIGS.
  • the liquid rises so as to concentrate toward the central opening 17 of the liquid outflow part in the upper part of the reforming space 22 while turning along the cylindrical wall surface.
  • Ultrasonic vibration generated by the vibrator unit 12 is applied to the liquid that rises while turning, and fine bubbles are generated in the liquid. Since the fine bubbles are particularly close to the center along the swirling flow, they are efficiently introduced from the cylindrical concave portion 14 into the central opening 17 of the liquid outflow portion.
  • a cylindrical wall portion 28 is provided, and the diameter and height of the cylindrical wall portion 28 can be adjusted in accordance with the use situation and characteristics of the liquid, and the flow velocity of the swirling flow of the liquid can be changed. is there.
  • the present invention is substantially aimed at reforming liquid fuel supplied to an internal combustion engine.
  • ultrasonic vibration is applied to a fluid (gas or liquid) flowing into a predetermined space to cause the fluid to flow.
  • a fluid gas or liquid
  • it can be used for the purpose of reforming. Specifically, it is used for reforming hydrogen or hydrogen-containing gas supplied to fuel cells, reforming water used for chemicals and chemical synthesis, and atomization of gas supplied to perform chemical reactions. Is possible.

Abstract

【課題】　本発明は、通過する液体にマイクロサイズ又はナノサイズの気泡をさらに効率よく発生させることのできる微細気泡発生装置を提供する。 【解決手段】　この発明は、円筒状の改質空間２２を画成する有底のケース２１と、該ケース２１の開口側を閉塞するように設けられる振動プレート１１と、該振動プレートを振動させるために該振動プレート上に設けられる超音波振動子ユニット１２とによって構成される微細気泡発生装置１において、液体流入部が前記改質空間２２を画成するケース２１の円筒状壁面の接線方向に沿って形成され、且つ液体流出部が前記改質空間２２の振動プレート側の略中央に開口することにある。また、前記液体流出部は、前記ケース２１に形成された液体流出パイプ２４Ａを貫通する流体出口孔２４と、前記振動プレート１１の略中央に開口する中央開口部１７及び前記液体流出パイプ２４Ａの改質空間側の流出開口部２６と対峙する位置に開口する外周開口部１８を有する振動プレート側連通孔１５とによって構成される。

Description

微細気泡発生装置
　この発明は、通過する液体に超音波振動を付与して液体中にマイクロサイズ又はナノサイズの気泡を発生させる微細気泡発生装置に関する。
　特許文献１は、燃料ラインに、超音波振動子を取り付け、燃料を微粒化し、その下流に磁石若しくは電磁石を取り付け、微粒化された燃料をさらに活性化してイオン化させる燃料改善装置を提供する。
　特許文献２は、液体燃料油の粒子を超微粒子化することによって完全燃焼ができ、エネルギーの有効利用と共に低公害を達成するために、燃料油フィルタブラケットの上部中央に発信器と配線で連結された超音波振動子を設け、燃料油フィルターアッセンブリ内部を流通する液体燃料油の粒子を超微粒子上に分解する燃料油改質装置を提供する。
　特許文献３は、燃料容器の底面に、この底面から超音波を発振させる超音波発振手段を配設すると共に、その燃料容器内の燃料の液面高さに応じて超音波発振手段からの超音波の周波数を可変させる超音波周波数可変手段を有する燃料改質装置を提供する。
　特許文献４は、非処理水を破砕して水分子同士の水素結合によるクラスターが分解された破砕水を形成する水破砕工程と、このようにして形成された破砕水に一部可視光領域を含む紫外線を照射して極性水分子に共鳴振動を励起させ、他のイオン原子・イオン分子に対しての親水性・水和性の高い活性水とする光化学反応工程とからなる水質改質方法を開示し、水破砕手段の前処理として、超音波発生装置を備えた容器に非処理水を通過させることが開示される。また、この引用文献４には、超音波発生装置が非処理水を通過させる水槽に備えられ、水槽を通過する水に２０ｋHz程度の振動を付与することが開示される。
特開２００１－２６３１８０号公報 特開２００２－３３２９２３号公報 特開２００６－２９１１４３号公報 特開２００７－３３０８４４号公報
　上記特許文献１～３に記載されているように、燃料に超音波を印加し、その燃料を改質（微粒子化）する技術はすでに公知であり、特許文献４に記載されているように、通過する水に振動を付加することも公知であるが、従来の方法、特に液体が流入する空間の一方に単に振動発生手段を設けただけでは、液体内に効率よくマイクロサイズ又はナノサイズの気泡を発生させることが難しいという問題点があった。このため、本出願人は特願２００８－１６７６３２及び特願２００８－１６８５６７において、上記課題を解決するための新しい燃料改質装置を提案した。
　本発明は、本出願人による燃料改質装置をさらに改良したもので、通過する液体にマイクロサイズ又はナノサイズの気泡をさらに効率よく発生させることのできる微細気泡発生装置を提供するものである。
　したがって、この発明は、円筒状の改質空間を画成する有底のケースと、該ケースの開口側を閉塞するように設けられる振動プレートと、該振動プレートを振動させるために該振動プレート上に設けられる超音波振動子ユニットとによって構成される微細気泡発生装置において、液体流入部が前記改質空間を画成するケースの円筒状壁面の接線方向に沿って形成され、且つ液体流出部が前記改質空間の振動プレート側の略中央に開口することにある。
　これによって、液体流入部から流入する液体が改質空間を画成するケースの円筒状壁面に沿って改質空間内を回転しながら、液体流出部が開口する改質空間上部に移動する過程で、前記振動プレートの振動によって超音波振動が付与されるために、超音波により発生した気泡が旋回流によって中心部に集約しながらより細かい気泡となって集中させることでき、この十分な気泡が含む液体を外部に取り出すことができるものである。さらに、液体流入部の開口位置を、改質空間の軸方向に移動させることによって気泡を集中させる位置を変化させることも可能となるものである。
　また、前記液体流出部は、前記ケースに形成された液体流出パイプを貫通する流体出口孔と、前記振動プレートの略中央に開口する中央開口部及び前記液体流出パイプの改質空間側開口部と対峙する位置に開口する外周開口部を有する振動プレート側連通孔とによって構成されることが望ましい。
　これによって、液体流出部を、ケース側と振動プレート側に分けて形成することができるので、改質空間を画成するケースと改質空間の一方を閉塞する振動プレートとを組み付け性を向上させることができ、製造西行の簡略化を達成できるものである。
　さらに、前記振動プレートの改質空間側面には、改質空間側に螺旋状に延出する振動面を有する振動部が形成され、前記振動プレート側連通孔は、該振動部に形成されることが望ましい。
　これによって、前記振動プレート側連通孔を形成するためのパイプ部を振動プレートに形成しても、液体の旋回流を阻害することなく、液体流出部の振動プレート側連通孔に気泡を多量に含む液体を導くことが可能となるものである。
　さらにまた、前記ケースの振動プレートと反対側の底面の略中央には、円筒状の壁部を設けることが望ましい。
　このように、改質空間の底部に円筒状の壁部を設けることによって、旋回流の流速に変化を持たせることができるので、液体の種類、処理内容に対応して、気泡の形成状態を調節することが可能となるものである。
　以上のように、この発明よれば、液体流入部及び液体流出部の位置を設定し、改質空間に所定の旋回流を形成するようにしただけで、液体内に最適な気泡状態を確保することができるという効果を奏するものである。
本願発明に係る微細気泡発生装置の概略構成図である。 本願発明に係る微細気泡発生装置の改質部の説明図である。 本願発明に係る微細気泡発生装置の振動部の平面図である。 本願発明に係る微細気泡発生装置の振動部の側面図である。
　この発明は、超音波振動によって液体内に発生した気泡が旋回流によって中心部に集中してより細かい気泡となり、その気泡を含む液体を効率よく外部に取り出すことができる微細気泡発生装置を提供することにある。
　図１に示すように、本願発明に係る微細気泡発生装置１は、超音波振動を発生させる超音波振動発生部１０と、この超音波振動発生部１０によって発生した超音波振動によって通過する液体に気泡を発生させて改質する改質部２０とによって構成される。尚、液体としては、燃料、水等である。
　前記超音波振動発生部１０は、振動プレート１１と、この振動プレート１１上に固定された超音波振動子ユニット１２とを具備する。
　また、前記改質部２０は、図２に示されるように、有底円筒状の内部空間を有するケース２１を具備する。この有底円筒状の内部空間は、液体が通過する改質空間２２となる。このケース２１の円筒状壁面には、接線方向に延出する流体出口孔２３を画成する液体流入パイプ２３Ａの流入開口部２５が形成され、また前記改質空間２２の径方向に延出する液体流出孔２４を画成する液体流出パイプ２４Ａの流出開口部２６が形成される。さらに、前記ケース２１の有底部２９の中央には円筒状に延出する旋回流調整壁部２８が設けられる。
　さらに、図３及び図４に示されるように、前記振動プレート１１の改質空間側には、螺旋状に延出する振動面１６を有する振動部１３が形成され、この振動部１３には、中央に円筒状の形成された凹部１４と、外周部１９とを連通する振動プレート側連通孔１５が形成される。この振動プレート側連通孔１５は、前記凹部１４に開口する中央開口部１７と、前記外周部１９に形成された外周開口部１８とを有し、この外周開口部１８は、前記液体流出パイプ２４Ａの流出開口部２６と対峙するように配置される。この振動プレート側連通孔１５と前記液体流出孔２４とによって液体流出部が構成される。尚、２７は、前記振動プレート１１を取り付けるためのフランジ部である。
　以上のように構成されることによって、本願発明に係る微細気泡発生装置１は、図１及び図２に示すように、液体流入パイプ２３の流入開口部２５から流入する液体は、改質空間２２の円筒状壁面に沿って旋回しながら、改質空間２２の上部の液体流出部の中央開口部１７に向かって集中するように上昇する。この旋回しながら上昇する液体に対して振動子ユニット１２によって発生される超音波振動が印加され、液体中に微細気泡が生じる。この微細気泡は、特に旋回流に沿って中央側に寄るため、円筒状の凹部１４から液体流出部の中央開口部１７に効率的に導入されるものである。
　また、円筒状壁部２８を設け、液体の使用状況、特性等に対応して、前記円筒状壁部２８の径及び高さを調節し、液体の旋回流の流速を変化させることが可能である。
　この発明は、実質的に内燃機関に供給される液体燃料の改質を目的としたものであるが、所定の空間に流入する流体（気体又は液体）に超音波振動を印加してその流体を改質することを目的とするものには、基本的に利用可能である。具体的には、燃料電池に供給される水素又は水素含有気体の改質、薬剤や化学的合成に使用される水の改質、化学反応を行うために供給される気体の微粒子化等に使用可能である。
　１　微細気泡発生装置
　１０　超音波振動発生部
　１１　振動プレート
　１２　超音波振動子ユニット
　１３　振動部
　１４　凹部
　１５　振動プレート側連通孔
　１６　振動面
　１７　中央開口部
　１８　外周開口部
　１９　外周部
　２０　改質部
　２１　ケース
　２２　改質空間
　２３　液体流入パイプ
　２４　液体流出パイプ
　２５　流入開口部
　２６　流出開口部
　２７　フランジ部
　２８　円筒状壁部
　２９　有底部
 

Claims (4)

  1. 　円筒状の改質空間を画成する有底のケースと、該ケースの開口側を閉塞するように設けられる振動プレートと、該振動プレートを振動させるために該振動プレート上に設けられる超音波振動子ユニットとによって構成される微細気泡発生装置において、
    　液体流入部が前記改質空間を画成するケースの円筒状壁面の接線方向に沿って形成され、且つ
    　液体流出部が前記改質空間の振動プレート側の略中央に開口することを特徴とする微細気泡発生装置。
  2. 　前記液体流出部は、前記ケースに形成された液体流出パイプを貫通する流体出口孔と、前記振動プレートの略中央に開口する中央開口部及び前記液体流出パイプの改質空間側の流出開口部と対峙する位置に開口する外周開口部を有する振動プレート側連通孔とによって構成されることを特徴とする請求項1記載の微細気泡発生装置。
  3. 　前記振動プレートの改質空間側面には、改質空間側に螺旋状に延出する振動面を有する振動部が形成され、前記振動プレート側連通孔は、該振動部に形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の微細気泡発生装置。
  4. 　前記ケースの振動プレートと反対側の底面の略中央には、円筒状の壁部を設けることを特徴とする請求項１～３のいずれか１つに記載の微細気泡発生装置。
     
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