WO2020004653A1 - ファインバブル発生装置及びファインバブル発生方法 - Google Patents

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一輝 堀内
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Definitions

  • the present disclosure relates to a fine bubble generation device and a fine bubble generation method for generating fine bubbles in a liquid.
  • fine bubbles In recent years, the usefulness of liquids containing microbubbles called fine bubbles has attracted attention. That is, a technique related to a liquid (ie, a fine bubble liquid) in which microbubbles composed of various gases are contained in a liquid such as water has attracted attention.
  • liquids containing microbubbles are used to clean various parts, such as cleaning parts and the like, disinfecting and deodorizing water, sterilizing with ozone gas, health and medical fields, water purification in lakes and farms, farms and livestock, etc.
  • Applications for wastewater treatment, promotion of growth in the agricultural and fishery industries, and production of functional water such as hydrogen water are being studied.
  • Patent Literature 1 discloses a technique in which a liquid is caused to flow inside a porous pipe (that is, a through hole) and a gas is supplied to the outside of the porous pipe at a high pressure to generate microbubbles in the liquid in the porous pipe. Is disclosed.
  • Patent Literature 2 discloses a technique in which a porous pipe is submerged in a liquid and gas is supplied to the porous pipe at a high pressure to generate microbubbles in the liquid outside the porous pipe. .
  • Patent Literatures 3 and 4 disclose techniques for miniaturizing bubbles contained in water in a preceding tank by using a porous portion made of resin or metal. This technology is a technology in which large bubbles contained in the water in the pre-stage tank are sheared (that is, the bubbles are finely cut to reduce the diameter) to form fine bubbles.
  • the liquid is arranged inside the porous pipe and a high-pressure gas is supplied from the outside of the porous pipe, or the liquid is supplied to the outside of the porous pipe.
  • the porous pipe supplies high-pressure gas from the inside to generate microbubbles in the liquid, but there is a problem that microbubbles cannot be generated efficiently.
  • the amount of microbubbles that can be generated is smaller than the amount of gas (gas amount) mixed at a high pressure into a liquid in order to generate microbubbles.
  • ⁇ ⁇ In one aspect of the present disclosure, it is desirable to provide a fine bubble generation device and a fine bubble generation method capable of efficiently generating microbubbles in a liquid.
  • a fine bubble generating device relates to a fine bubble generating device that causes a liquid to pass through a porous element having a large number of pores to generate fine bubbles in the liquid.
  • This fine bubble generator includes a differential pressure applying section and a bubble generating section.
  • a differential pressure applying section applies a differential pressure between one side and the other side of the element.
  • the liquid arranged on one side of the element is caused to pass through the other side and is ejected by the differential pressure applied by the differential pressure applying section to generate fine bubbles.
  • the flow velocity when the liquid passes through the element is 0.009769 [m / s] or more.
  • the bubble concentration of pure water (blank water) used in an experiment described later (that is, the bubble concentration of pure water before generation of fine bubbles) is, as can be seen from Table 8 described later, Max (maximum value). ) Is 2.98E + 06, and Ave (average value) is 1.22E + 06 [pieces / ml]. Incidentally, for example, E + 06 is to indicate 106, an index representation showing the multipliers 10 as is well known.
  • the flow rate when the liquid passes through the porous element is 0.009769 [m / s] or more due to the differential pressure given by the gas.
  • fine bubbles can be generated efficiently.
  • a liquid having a high bubble concentration ie, a fine bubble liquid
  • a liquid having a high bubble concentration can be easily produced without mixing a gas with a liquid at a high pressure as in the related art.
  • the bubble concentration can be easily increased.
  • fine bubbles can be efficiently generated by allowing the liquid arranged on one side of the element to pass through the other side and jetting the liquid, that is, in at least one pass.
  • the flow velocity when the liquid passes through the pores of the porous element is equal to or higher than the predetermined flow rate.
  • fine bubbles are efficiently generated, so that fine bubbles can be easily generated without using, for example, a conventional device equipped with a large pump or the like, that is, even with a small device.
  • a differential pressure is generated using a gas supplied from a gas cylinder, a pump, a power supply, and the like can be omitted.
  • Cavitation occurs locally in the pores when the liquid with a high flow velocity passes through the pores of the porous element (accordingly, within the minimum area), and rapid energy such as a change in pressure or a calorific value of the cavitation changes. It is presumed that many bubble nuclei (that is, sources of fine bubbles) are generated by the change, and many fine bubbles are generated from the bubble nuclei.
  • the average pore diameter of the element may be 1.5 ⁇ m to 500 ⁇ m.
  • the surface porosity of the element may be 24% to 47.7%.
  • the contact angle of the liquid on the surface of the element may be 38.8 ° to 151.32 °.
  • the element may be made of ceramic.
  • the element is made of ceramic, impurities (so-called contamination) contained in the liquid in which fine bubbles are generated are small, which is preferable.
  • impurities so-called contamination
  • the amount of impurities is small. Therefore, it is preferable to use a ceramic element in such a field.
  • the above-described fine bubble generator may include a first tank integrally formed with the element and a second tank that receives the liquid ejected from the element.
  • a liquid containing fine bubbles can be easily produced.
  • a liquid is put into a first tank, and the liquid is supplied from the first tank to one side of the element. Then, fine bubbles are generated when the liquid is ejected from the other side of the element, and the liquid containing the fine bubbles can be received in the second tank.
  • a gas supply unit that supplies the first tank with a gas that provides a differential pressure in the first tank as a differential pressure applying unit, and a liquid that supplies a liquid into the first tank.
  • a supply unit a gas supply unit that supplies the first tank with a gas that provides a differential pressure in the first tank as a differential pressure applying unit, and a liquid that supplies a liquid into the first tank.
  • the gas supply unit is an example of a differential pressure applying unit.
  • a gas for applying a differential pressure in the first tank, can be supplied to the first tank by the gas supply unit, and the liquid is supplied to the first tank by the liquid supply unit. Can be.
  • the second tank may be provided with a liquid extracting section for extracting the liquid after ejection to the outside.
  • the liquid after ejection can be taken out of the second tank by the liquid take-out part.
  • a method for generating fine bubbles relates to a method for generating fine bubbles by causing a liquid to pass through a porous element having many pores to generate fine bubbles in the liquid. .
  • this fine bubble generation method by applying a pressure difference between one side of the element and the other side, the liquid arranged on one side of the element is allowed to pass through the other side and is ejected. , Causing fine bubbles. Then, when fine bubbles are generated, the flow velocity when the liquid passes through the element is set to 0.009769 [m / s] or more.
  • This fine bubble generation method has the same effect as the fine bubble generation device described above.
  • a porous element refers to a porous member in which a large number of pores (that is, communication holes through which a liquid can pass) are formed.
  • the element include a tubular member through which liquid can pass from the inside to the outside or from the outside to the inside, such as a tubular member having a closed end or a tubular member having both ends open.
  • a film-like (for example, plate-like) member that allows liquid to pass from one side to the other side may be used.
  • a material made of ceramic for example, at least one of alumina, mullite, zirconia, titania, silica, magnesia, and calcia
  • various resins for example, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, Polytetrafluoroethylene
  • metals for example, aluminum, titanium, iron, gold, silver, copper, and stainless steel.
  • a sintered body of 97% by weight of alumina can be adopted.
  • the above-mentioned material made of ceramic is preferable.
  • water for example, pure water, tap water, deionized water
  • alcohol seawater
  • aqueous solution for example, an aqueous solution
  • cleaning liquid for example, an organic solvent, or the like
  • organic solvent for example, an organic solvent, or the like
  • various gases such as ambient gases are slightly dissolved in the liquid.
  • Fine bubbles are bubbles having a diameter of 100 ⁇ m (10 ⁇ 4 m) or less as defined by the International Organization for Standardization (ISO), and include microbubbles having a diameter of 1 ⁇ m or more and less than 100 ⁇ m and ultrafine bubbles having a diameter of less than 1 ⁇ m.
  • the gas contained in the fine bubble include various gases such as hydrogen, oxygen, carbon dioxide, and air.
  • a method of adjusting a differential pressure applied to a liquid that generates fine bubbles can be mentioned.
  • the flow rate can be increased by increasing the differential pressure, for example, by increasing the pressure applied to the liquid before passing through the element.
  • a method of applying the differential pressure for example, a method of increasing the pressure applied to one side (the liquid side) of the element by supplying a high-pressure gas (that is, a method of increasing the atmospheric pressure) is exemplified.
  • a differential pressure can be applied using a gas supplied from a gas cylinder.
  • a method of reducing the pressure (atmospheric pressure or the like) applied to the other side (fine bubble generating side) of the element by evacuation or the like may be used.
  • the flow velocity [m / s] is, for example, the flow rate (Q [m 3 / s]) of the liquid flowing from one side (liquid side) of the element to the other side (fine bubble generation side) and the other side of the element. It can be obtained by the calculation of Q / S from the total (S [m 2 ]) of the areas of the openings (ie, the pores) on the side surface. Note that the maximum value of the flow velocity includes 1500 m / s, which is the maximum velocity transmitted when generating ultrasonic waves in water.
  • the surface porosity of the element is the ratio of the total area of the opening (porosity) of the surface on the other side of the element to the total surface area of the other side of the element (fine bubble generation side).
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between gas consumption and bubble concentration for the fine bubble generator of the first embodiment and a conventional microporous device. It is explanatory drawing which shows the fine bubble generator of 2nd Embodiment. It is explanatory drawing which shows the fine bubble generator of 3rd Embodiment. It is explanatory drawing which shows the fine bubble generator of 4th Embodiment.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing names of elements and elements used in Experimental Example 1.
  • 7A is a graph showing the pH of the liquid property of each sample in Experimental Example 4
  • FIG. 7B is a graph showing the electric conductivity of the liquid property of each sample in Experimental Example 4
  • FIG. 8A is a graph showing the TOC of the liquid property of each sample in Experimental Example 4
  • FIG. 8B is a graph showing the ICP-MS of the liquid property of each sample in Experimental Example 4.
  • FIG. 9A is a graph showing the particle concentration before and after freezing, which is the characteristic of the liquid of each sample in Experimental Example 5, and
  • FIG. 9B is the case where the value before defoaming, which is the characteristic of the liquid in each sample in Experimental Example 5, is 100.
  • 5 is a graph showing the particle concentration of the sample.
  • a fine bubble generation device 1 of the first embodiment is a device that generates fine bubbles in a liquid (for example, water such as pure water), and includes a first tank 3 and a second tank 5.
  • gas for example, nitrogen gas
  • a liquid supply unit 11 for supplying liquid to the first tank 3
  • a liquid That is, a liquid take-out section 13 for taking out a liquid in which fine bubbles are generated: a fine bubble liquid
  • the first tank 3 is a container that can store a liquid, and is configured to be able to pressurize the inside. That is, it has an airtight structure in which liquid and gas do not flow out except for supply and outflow of liquid and inflow of gas, which will be described later.
  • the first tank 3 is provided on its side wall 15 with a gas inlet 17 for taking in the gas supplied from the gas supply unit 9, and an upper part 19 of which is provided with a liquid supplied from the liquid supply unit 11.
  • a liquid inlet 21 is provided to take in the inside. Note that, when a liquid is put into the first tank 3, the gas inlet 17 is arranged at a position above the liquid level.
  • the first tank 3 is provided at its bottom 23 with a liquid supply port 25 for supplying liquid to the second tank 5 side.
  • a cylindrical communication pipe 27 made of stainless steel and extending vertically downward is attached so as to communicate with the tank 5 side. The liquid in the first tank 3 is supplied to the second tank 5 through the communication pipe 27.
  • a first pressure sensor 29 is disposed in the first tank 3 to detect an internal pressure (atmospheric pressure).
  • the first tank 3 having the airtight structure and the gas supply unit 9 constitute a configuration for applying a differential pressure (that is, a differential pressure applying unit 10).
  • the second tank 5 is a container capable of storing a liquid (that is, a fine bubble liquid), and includes a bubble generation unit 31 that generates fine bubbles therein.
  • the bubble generating section 31 includes a communication pipe 27 and a porous element 33 connected to a lower end of the communication pipe 27. Therefore, the element 33 is configured integrally with the first tank 3 via the communication pipe 27.
  • the element 33 is a pipe-shaped (specifically, cylindrical) member having a closed lower end (that is, a distal end).
  • the upper end of the element 33 is externally fitted to the communication pipe 27, and is provided with an adhesive and a joint fitting (not shown). ), And closely adheres to the communication pipe 27 without any gap.
  • the lower end side of the element 33 is closed by a bottom 35 which is a part of the element 33.
  • the element 33 is mainly composed of, for example, alumina (Al 2 O 3 ) which is a ceramic (eg, 97% by weight of alumina), and the remaining 3% by weight is composed of silica (SiO 2 ), calcia (CaO), and magnesia (MgO). Etc., and a large number of pores (that is, communication holes through which liquid can pass) are formed in the entire sintered body. That is, the element 33 is a porous sintered body made of ceramic.
  • the sintered body has a single-layer structure (ie, a symmetric structure) in which many pores are present in a similar state (for example, a similar average pore diameter).
  • the average pore diameter of the element 33 is in the range of 1.5 ⁇ m to 500 ⁇ m, and the surface porosity of the element 33 is in the range of 24% to 47.7%.
  • the contact angle of the liquid (for example, water) on the surface of the element 33 is in the range of 38.8 ° to 151.32 °.
  • the second tank 5 is provided with a liquid outlet 39 for taking out the liquid from the second tank 5 to the outside at a lower portion of the side wall 37, and the liquid outlet 13 is connected to the liquid outlet 39. I have.
  • a second pressure sensor 41 is disposed to detect the internal pressure (atmospheric pressure).
  • the gas supply unit 9 includes a gas cylinder 43 filled with gas, a first pipe 45 connecting the gas cylinder 43 and the gas inlet 17, a first on-off valve 47 for opening and closing the flow path of the first pipe 45, a gas cylinder. And a third pressure sensor 49 for detecting a pressure in the pressure sensor 43.
  • the liquid supply unit 11 includes a second pipe 51 connected to the liquid introduction port 21 to supply liquid to the first tank 3 side, and a second on-off valve 53 for opening and closing the flow path of the second pipe 51.
  • a tank or the like for storing a liquid is arranged upstream of the second pipe 51, for example.
  • the liquid extracting section 13 includes a third pipe 55 connected to the liquid outlet 39 for extracting liquid to the outside, and a third on-off valve 57 for opening and closing the flow path of the third pipe 55.
  • the second on-off valve 53 is opened, and a predetermined amount (for example, VO [ml]) of liquid is introduced into the first tank 3 from the second pipe 51. Supply. Thereafter, the second on-off valve 53 is closed. At this time, the liquid in the first tank 3 flows through the communication pipe 27 into the element 33 (that is, flows into the inner space 59).
  • a predetermined amount for example, VO [ml]
  • the first on-off valve 47 is opened, and high-pressure gas is supplied from the gas cylinder 43 into the first tank 3.
  • the pressure in the first tank 3 becomes higher than the atmosphere (for example, 0.4 MPa).
  • the liquid in the first tank 3 is pressed by the pressure, and the liquid in the element 33 is also pressed.
  • the liquid in the element 33 passes through the pores of the wall surface 61 of the element 33 and goes out of the element 3 (that is, the outer space 63 in the second tank). Injected at high speed.
  • the flow velocity when the liquid passes through the element 33 is 0.009769 m / s or more, and many fine bubbles are generated when the liquid passes through the element 33 at such a high speed. That is, a fine bubble liquid containing fine bubbles is obtained.
  • alumina powder having an average particle diameter of 5 ⁇ m and 3% by weight of sintering aid powder such as SiO 2 and MgO powder were prepared.
  • methyl cellulose, water and a release agent were added to these solid powders to prepare a kneaded material, and a cylinder with a bottom was formed using the kneaded material.
  • the formed body was fired in an air atmosphere at 1500 ° C. for 3 hours to obtain the element 33 having the above-described configuration.
  • the average pore diameter can be adjusted by controlling the particle size of the raw material powder, as is well known.
  • the surface porosity can be adjusted by controlling the amount of solid powder, the amount of organic matter, and the amount of water, as is well known.
  • the fine bubble is formed by setting the flow velocity when the liquid passes through the porous element 33 to 0.009769 [m / s] or more by the differential pressure given by the gas. Can be generated efficiently.
  • the fine bubble generator 1 (That is, in the present method), a higher gas bubble concentration can be obtained with a smaller gas consumption than in a microporous method apparatus.
  • the gas consumption of this method in FIG. 2 is the consumption of gas used for pressurization.
  • a liquid having a high bubble concentration ie, a fine bubble liquid
  • a liquid having a high bubble concentration can be easily produced without mixing a gas with a liquid at a high pressure as in the related art.
  • the bubble concentration can be easily increased.
  • the liquid arranged on one side of the element 33 is allowed to pass through the other side and is ejected, that is, the fine bubbles can be efficiently generated in at least one pass. it can.
  • the average pore diameter of the element 33 is in the range of 1.5 ⁇ m to 500 ⁇ m. Therefore, fine bubbles can be generated efficiently. In addition, a high bubble concentration can be realized.
  • the surface porosity of the element is in the range of 24% to 47.7%. Therefore, fine bubbles can be generated efficiently. In addition, a high bubble concentration can be realized.
  • the contact angle of the liquid on the surface of the element 33 is in the range of 38.8 ° to 151.32 °. Therefore, fine bubbles can be generated efficiently. In addition, a high bubble concentration can be realized.
  • the element 33 is made of a material mainly composed of ceramic. Therefore, since the amount of impurities (so-called contamination) contained in the liquid in which fine bubbles are generated is small, it is suitable for fields where the amount of impurities is better, such as the medical field.
  • Fine bubble generator 1 First tank 3, second tank 5, gas supply unit 9, differential pressure applying unit 10, liquid supply unit 11, liquid take-out unit 13, bubble generation unit 31, element 33 of the first embodiment.
  • a fine bubble generator a first tank, a second tank, a gas supply unit, a differential pressure applying unit, a liquid supply unit, a liquid extraction unit, a bubble generation unit, and an element of the present disclosure.
  • an element 75 similar to that of the first embodiment is disposed in a single tank 73, and an upper end of the element 75 is The communication pipe 77 is connected.
  • This communication pipe 77 extends outside the tank 73, and an open / close bubble 79 is arranged outside the tank 73 in the communication pipe 77.
  • the opening and closing bubble 79 is opened, and a liquid (for example, water) to which a predetermined pressure is applied is supplied from the communication pipe 77 to the inside of the element 75 (that is, the inner space 81), whereby the first embodiment is performed.
  • a liquid for example, water
  • fine bubbles can be generated in the liquid. That is, the fine bubble liquid can be supplied to the outer space 83 around the element 75.
  • the configuration for taking out the fine bubble liquid from the tank 73 is the same as in the first embodiment.
  • the second embodiment has the same effects as the first embodiment. Further, there is an advantage that the configuration can be simplified as compared with the first embodiment.
  • the third embodiment is different from the first embodiment only in the configuration of the bubble generation unit, and therefore, the bubble generation unit will be described.
  • the bubble generating portion 93 of the fine bubble generating device 91 of the third embodiment has a cylindrical element 97 connected to the lower end of the communication pipe 95.
  • the element 97 is open at both ends in its axial direction (vertical direction in FIG. 4), has an upper end connected to the communication pipe 95, and has a lower end closed by a cap 99.
  • the cap 99 has a columnar shape and is a dense sintered body made of, for example, alumina.
  • the third embodiment has the same effects as the first embodiment.
  • a plate-shaped member is used as an element.
  • the fine bubble generator 101 of the fourth embodiment has a configuration in which a second tank 105 is disposed below a first tank 103, as in the first embodiment.
  • a flat plate-shaped element 107 is horizontally arranged between the first tank 103 and the second tank 105 so as to divide the first tank 103 and the second tank 105. Note that the element 107 is positioned and fixed by a support member 111 provided on the side wall 109.
  • FIG. 5 other configurations (for example, a configuration for supplying gas or liquid to the first tank 103) are omitted.
  • the liquid can pass through the element 107 and generate fine bubbles in the liquid. That is, the fine bubble liquid can be supplied into the second tank 105 below the element 107.
  • the configuration for taking out the fine bubble liquid from the second tank 105 is the same as in the first embodiment.
  • the fourth embodiment has the same effect as the first embodiment.
  • Example Nos. 1 to 59 samples (Sample Nos. 1 to 59) as shown in Tables 1 to 6 were prepared as elements used in the experiment.
  • the samples of Examples (Examples 1 to 32) are samples within the range of the present disclosure
  • the samples of Comparative Examples (Comparative Examples 1 to 27) are samples outside the range of the present disclosure. is there.
  • the symmetric structure of the element structure indicates that the structure of the element is a single structure.
  • the asymmetric structure indicates that the inside and outside of the element are different structures.
  • the asymmetric structure is a two-layer structure in which the average pore diameter is smaller on the outside (ie, the outer layer) of the element than on the inside (ie, the inner layer).
  • the element material indicates the material (material) that constitutes the element. Accordingly, the element is a porous member made of this material.
  • the contact angle is, as is well known, the angle between the liquid surface and the wall at the point where the free surface of the stationary liquid contacts the wall.
  • the maximum pore diameter DBP [m] of the pores, the surface tension ⁇ [N / m] of the liquid, the contact angle ⁇ [radra], and the bubble point pressure P [Pa] have the relationship shown in the following equation (1). .
  • the maximum pore diameter DBP [m] of the pore is a diameter when the pore is a circular hole.
  • DBP 4 ⁇ cos ⁇ / P (1) (4) Bubble point pressure
  • a plate-like element is immersed in a liquid such as isopropyl alcohol to make it horizontal, air is supplied from below and the pressure of the air is increased, the maximum value is first reached when a certain value is reached. Bubbles are generated from the pores of the pore size. The pressure at this time is called a bubble point pressure. The maximum pore diameter can be obtained from the bubble point pressure by using the above equation (1).
  • Pure water In this experimental example 1, pure water was used as the liquid.
  • This pure water generally indicates a liquid that has been subjected to a desalination / deionization treatment with an ion exchange resin or the like, and has a predetermined range of electric conductivity and TOC (total organic carbon).
  • the pH and the electric conductivity were measured using a pH water quality meter D-74 manufactured by HORIBA.
  • TOC was measured using TOC-VWP manufactured by Shimadzu Corporation.
  • ICP-MS was measured using ⁇ SCIENTIFIC iCAP ⁇ Q manufactured by ThermoFisher.
  • DO was measured using ⁇ -71 manufactured by Horiba, Ltd.
  • ATP was measured using Lumitester PD-30.
  • NanoSight NS-300 (hereinafter simply referred to as nanosite), the bubble diameter [nm], bubble concentration [pieces / ml], and bubble concentration [pieces / frame] were examined.
  • [pieces / frame] indicates the number of particles reflected per screen in the measurement of nanosites, and 1500 frames are acquired for one measurement. That is, the average value of the number of particles reflected in 1500 frames is represented as [number / frame].
  • the pure water used in this experiment had an electric conductivity of 47.9 to 83.2 [ ⁇ S / m] and a TOC of 5 to 40.1 [ ⁇ g / L]. is there. Water in this range can be referred to as pure water.
  • the element length is the length of the element in the axial direction
  • the element outer diameter is the diameter of the outer periphery of the element as viewed from the axial direction. Therefore, the element effective area can be determined from the element length and the element outer diameter.
  • the film thickness is the thickness (dimension in the radial direction) of the cylindrical element.
  • the surface porosity is the surface ratio of pores occupying the element effective area.
  • the surface porosity can be determined by acquiring an image of the element surface with a scanning electron microscope (SEM) or the like, binarizing the image (black and white), and calculating the area ratio between black and white (specifically, black indicating pores in the element effective area). Ratio).
  • Pore size is a diameter when the pores are circular holes (specifically, an average value of many pores: average pore diameter).
  • the pore diameter was measured using mercury porosimetry.
  • Solvent type is a liquid that generates fine bubbles, and here pure water is used.
  • solvent amount indicates the amount (VO [ml]) of the liquid supplied to the first tank.
  • the applied pressure indicates the pressure of the gas supplied from the gas cylinder to the first tank (therefore, the pressure in the first tank).
  • the time required until the entire amount of the solvent passes means that the liquid in the first tank (therefore, the liquid in the space inside the element) is entirely in the second tank ( Therefore, it is the time [sec] required to move to the outer space of the element).
  • the flow rate Q [m 3 / s] is the amount [m 3 ] of the liquid that has moved from the inside to the outside of the element per unit time [sec].
  • the flow rate Q can be determined by dividing the “solvent amount” by the “time required until the entire amount of the solvent passes”.
  • Pore area A indicates the total pore area on the outer surface of the element. That is, the pore area A is the sum of the pore areas in the element effective area.
  • the total pore area can be determined by acquiring an image of the element surface by SEM or the like, binarizing the image (black and white), and calculating the total area of black indicating pores.
  • Flow velocity V is the flow velocity of the liquid passing through the pores of the element, and can be obtained by calculating the flow rate Q [m 3 / s] / pore area A [m 2 ].
  • Bubble diameter and bubble concentration The bubble diameter and bubble concentration are measured by nanosite.
  • Each sample of the present embodiment has a flow rate of 0.009769 [m / s] or more, and all of these samples have a high bubble concentration and are suitable.
  • the bubble concentration is 7.30 ⁇ 10 7 [pieces / ml], which is preferable.
  • each sample of this example has a pore diameter of the element (that is, an average pore diameter) of 1.5 ⁇ m to 500 ⁇ m. Is obtained.
  • the lower limit of the average pore diameter of 1.5 ⁇ m is described in Sample Nos. 1 to 3, and the upper limit of 500 ⁇ m is described in Samples No. 50, 51, 52 and the like.
  • each sample of the present example has a surface porosity of the element of 24% to 47.7%, and within this range, the sample has a high porosity as described above. It can be seen that a bubble concentration is obtained.
  • the contact angle of the liquid (pure water) on the surface of the element is 38.8 ° to 151.32 °, and this range Then, as described above, it can be seen that a high bubble concentration can be obtained.
  • the bubble diameter of the bubble contained in the first tank and the bubble contained in the second tank hardly change. That is, in the present disclosure, for example, when the liquid in the first tank passes through the pores of the porous element, a sudden change in pressure is caused to generate fine bubbles. The bubble diameter hardly changes before and after passage. In order to cause this phenomenon, as described above, a flow velocity of 0.009769 [m / s] or more is required.
  • the average value of the bubble diameter of the fine bubbles was 100.26 nm.
  • the average value of the bubble diameter of the fine bubbles was 100.80 nm (see Table 4: Ave value of the example).
  • the nozzle method is a method in which a liquid (pure water) is flowed into a pipe having pores formed on the wall surface by a pump, and air is supplied from the outside through the pores in the middle of the pipe.
  • Experimental Example 4 In Experimental Example 4, as shown in FIGS. 7 and 8, pure water was used as the liquid, and the fine bubble generator of the embodiment in Experimental Example 1 and various fine bubble generators other than the present disclosure were used. Then, fine bubbles are generated, and various characteristics of the fine bubble liquid (specifically, fine bubble water) are examined. When the characteristics were examined, the same type of glass was used as a container for containing the fine bubble liquid, and the measurement environment was adjusted as much as possible.
  • the micro-porous device means a micro-porous fine bubble generator using a ceramic element of Company C (that is, a comparative example).
  • This fine bubble generator is a device that submerges a porous element (ie, a pipe) whose tip is closed in a liquid, supplies gas into the pipe, and generates fine bubbles outside the pipe.
  • the first time refers to the properties of the fine bubble liquid after the first generation of the fine bubbles under the following conditions
  • the fifth time refers to the fine bubble liquid after the fifth generation of the fine bubbles under the same conditions. Shows the characteristics of
  • FIG. 7A shows the result of examining the pH of the fine bubble liquid. From FIG. 7A, it can be seen that each sample of the example is close to the pH of pure water. On the other hand, in the first time of the microporous method, the pH value is as large as 7 or more.
  • FIG. 7B shows the result of examining the electric conductivity of the fine bubble liquid. From FIG. 7B, it is understood that each sample of the example is close to the electric conductivity of pure water. On the other hand, in the first time of the microporous method, the value of the electric conductivity is as very large as 738 [ ⁇ S / m]. Other generation methods also show an increase in electrical conductivity.
  • FIG. 7C shows the result of examining the ATP of the fine bubble liquid. From FIG. 7C, it is understood that each sample of the example is close to ATP of pure water. On the other hand, in the first time of the microporous method, the value of ATP is as very large as 55.
  • FIG. 8A shows the result of examining the TOC of the fine bubble liquid. From FIG. 8A, it can be seen that each sample (T26, T55) of the example is close to the TOC of pure water. In the sample (T59), the circulating pressure melting apparatus and the circulating gas-liquid shearing apparatus of the embodiment, the TOC has a large value. Further, TOC could not be measured by the microporous method.
  • FIG. 8B shows the result of examining the ICP-MS of the fine bubble liquid. From FIG. 8B, it is understood that each sample of the example is close to ICP-MS of pure water. On the other hand, in the first time of the microporous method, the value of ICP-MS is as large as 548 [ppb].
  • the liquid for which the particle concentration is to be measured is substantially the same as in Experimental Example 4. Specifically, pure water, a fine bubble liquid of T26, a fine bubble liquid obtained by a micropore type apparatus (however, the first time), each obtained by a circulating pressure dissolution apparatus and a circulating gas-liquid shearing apparatus, Fine bubble liquid, and fine bubble liquids of T55 and T59. In addition, a liquid in which Latex particles were dispersed in a solvent (pure water) was also used.
  • the method of distinguishing between bubbles and solid particles by the slow freeze-thaw method disclosed at the 8th International Fine Bubble Symposium was used. Specifically, after cooling each sample at a predetermined cooling rate (for example, 0.57 ⁇ 10 ⁇ 2 [K / s]) and freezing it, a predetermined heating rate (for example, 0.76 ⁇ 10 ⁇ 2 [K / s]) / S]) and the liquid was melted, and the particle concentration of the liquid before and after freezing was measured.
  • a predetermined cooling rate for example, 0.57 ⁇ 10 ⁇ 2 [K / s]
  • a predetermined heating rate for example, 0.76 ⁇ 10 ⁇ 2 [K / s]
  • FIG. 9A shows the particle concentration of each sample obtained in Experimental Example 5 before and after freezing.
  • a pair of bar graphs shows the particle concentration of each sample
  • the left side shows the particle concentration before freezing
  • the right side shows the particle concentration after freezing.
  • FIG. 9B shows the particle concentration of each sample after freezing when the particle concentration before freezing (that is, before defoaming) is set to 100 in the graph of FIG. 9A.
  • a bar flag on the left side of each pair of bar graphs indicates before defoaming
  • a bar graph on the right side indicates after defoaming.
  • the particle concentration is significantly reduced after freezing.
  • the defoaming rate of the sample of T26 in the example is 88.36%, and it can be seen that most of the samples are bubbles.
  • the defoaming rate is an index indicating how much of the detected particles are bubbles, and is defined by “(particle concentration of liquid after freezing / particle concentration of liquid before freezing) ⁇ 100”. Is done.
  • the defoaming rate of the sample of T56 in the example was 82.35%, and it was found that almost all of the samples were air bubbles.
  • the defoaming rate of the sample of T59 in the example is 7.37%, and it can be seen that most of the samples are bubbles.
  • the defoaming rate was 15.20%, and it can be seen that most were solid particles.
  • the defoaming rate was 72.74%, but the particle concentration before defoaming was as low as 2.59E + 07 [particles / ml] (see FIG. 9A).
  • the defoaming rate was 65.98% in the circulating pressure dissolution apparatus of the comparative example, which indicates that there are more solid particles than in the examples.
  • the defoaming rate was 78.95%, indicating that there were more solid particles than in the examples.
  • the defoaming rate was 11.15%.
  • the shape of the element various shapes such as a cylindrical shape with a bottom, a cylindrical shape with both ends opened in the axial direction, and a plate shape can be adopted.
  • the supply amount and the flow rate of the liquid supplied into the first tank are measured by a sensor, the pressure in the first tank is measured by a sensor, and based on the value measured by the sensor, the flow rate of the liquid and the like are determined.
  • the opening and closing operation of the on-off valve may be controlled so that the pressure in the tank becomes a target value. Therefore, the configuration for generating fine bubbles can be inlined.
  • each of the above embodiments may be assigned to a plurality of components, or the function of a plurality of components may be exerted by one component. Further, a part of the configuration of each of the above embodiments may be omitted. Further, at least a part of the configuration of each of the above embodiments may be added to or replaced with the configuration of another embodiment. Note that all aspects included in the technical idea specified by the language described in the claims are embodiments of the present disclosure.

Landscapes

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Abstract

本開示の一つの局面におけるファインバブル発生装置は、多数の細孔を有する多孔質のエレメントに、液体を通過させて、液体中にファインバブルを発生させる装置である。このファインバブル発生装置では、エレメントの一方の側と他方の側との間に差圧を付与し、この付与された差圧によって、エレメントの一方の側に配置した液体を、他方の側に通過させるとともに噴射させて、ファインバブルを発生させる。そして、このファインバブル発生装置では、液体がエレメントを通過する際の流速は、０．００９７６９［ｍ／ｓ］以上である。これによって、ファインバブルを効率良く発生させることができる。

Description

ファインバブル発生装置及びファインバブル発生方法 関連出願の相互参照
　本国際出願は、２０１８年６月２８日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０１８－１２３２４１号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１８－１２３２４１号の全内容を参照により本国際出願に援用する。
　本開示は、液体中にファインバブルを発生させるファインバブル発生装置及びファインバブル発生方法に関する。
　近年、ファインバブルと呼ばれる微小気泡を含む液体の有用性が注目されている。つまり、水などの液体に、各種の気体によって構成された微小気泡を含ませた液体（即ちファインバブル液）に関する技術が注目されている。
　例えば、この微小気泡を含む液体を用いた技術は、部品等の洗浄、水の除菌や脱臭、オゾンガスによる殺菌、健康や医療分野、湖沼や養殖場の水質浄化、工場や畜産等の各種の排水処理、農水産業における成長促進、水素水などの機能性水製造などへの利用が検討されている。
　このような微小気泡を発生させる装置として、例えば、加圧溶解方式、微細孔方式、スタティックミキサー方式、旋回流方式等の各種の装置が知られている。このうち、近年では、構造がシンプル等の利点があることから、多孔質材料を用いて微小気泡を発生させる微細孔方式の装置が提案されている（特許文献１、２参照）。
　例えば特許文献１には、多孔質パイプの内側（即ち貫通孔）に液体を流すとともに、多孔質パイプの外側に高圧に気体を供給して、多孔質パイプ中の液体に微小気泡を発生させる技術が開示されている。
　また、特許文献２には、多孔質パイプを液体中に沈め、多孔質パイプ中に高圧に気体を供給することによって、多孔質パイプの外側の液体に微小気泡を発生させる技術が開示されている。
　さらに、上記以外に、微小気泡に関する各種の技術が提案されている（特許文献３、４参照）。例えば特許文献３、４には、樹脂や金属からなる多孔質部を用いて、前段タンクの水に含まれる気泡を微細化する技術が開示されている。この技術は、前段タンクの水に含有されている大きい気泡をせん断し（即ち気泡を細かく切って小径化し）、微細気泡とする技術である。
特開２０１７－１７０２７８号公報 特開２０１７－４７３７４号公報 特開２００２－３０１３４５号公報 特開２０１７－２１７５８５号公報
　しかしながら、上述した特許文献１、２に記載の技術では、多孔質パイプの内側に液体を配置し、多孔質パイプの外側から高圧の気体を供給することによって、或いは、多孔質パイプの外側に液体を配置し、多孔質パイプは内側から高圧の気体を供給することによって、液体中に微小気泡を発生させるが、効率よく微小気泡を発生させることができないという問題があった。
　例えば、従来では、微小気泡を発生させるために、液体中に高い圧力で混入させる気体の量（ガス量）に対して、発生させることができる微小気泡が少ないという問題があった。
　なお、特許文献３、４に記載の技術では、前段タンクにおいて気泡をせん断する必要があり、装置構成や作業工程が複雑になり好ましくない。
　本開示の一つの局面においては、液体中に効率良く微小気泡を発生させることができるファインバブル発生装置及びファインバブル発生方法を提供することが望ましい。
　（１）本開示の一つの局面におけるファインバブル発生装置は、多数の細孔を有する多孔質のエレメントに、液体を通過させて、液体中にファインバブルを発生させるファインバブル発生装置に関するものである。このファインバブル発生装置は、差圧付与部とバブル発生部とを備えている。
　このファインバブル発生装置では、差圧付与部によって、エレメントの一方の側と他方の側との間に差圧を付与する。バブル発生部では、差圧付与部により付与された差圧によって、エレメントの一方の側に配置した液体を、他方の側に通過させるとともに噴射させて、ファインバブルを発生させる。そして、ファインバブルを発生させる際には、液体がエレメントを通過する際の流速は、０．００９７６９［ｍ／ｓ］以上である。
　なお、流速の上限値としては、１５００［ｍ／ｓ］を採用できる。
　まず、このファインバブル発生装置で、０．００９７６９［ｍ／ｓ］以上の流速を規定した理由を説明する。
　近年、「純水（ブランク水）の段階から、ファインバブル発生処理によって、気泡濃度を１桁以上上げられた水をファインバブル水とする」ということを、標準化する動向がある（ＦＢＩＡ（ファインバブル産業会）にて検討中の内容）。
　また、後述する実験に使用している純水（ブランク水）の気泡濃度（即ちファインバブルを発生させる前の純水の気泡濃度）は、後述する表８からも分かるように、Ｍａｘ（最大値）が２．９８Ｅ＋０６、Ａｖｅ（平均値）が１．２２Ｅ＋０６［個／ｍｌ］である。なお、例えばＥ+０６は１０６を示すように、周知のように１０の乗数を示す指数表記である。
　そのため、このファインバブル発生装置では、気泡濃度を少なくとも１桁以上上げる数値として、６．８２Ｅ＋０７［個／ｍｌ］を基準と決め、その基準を超えるために必要な流速を規定している。この流速であれば、ファインバブルを効率よく発生させることができる。
　このように、本第１局面では、例えば気体によって付与された差圧によって、液体が多孔質のエレメントを通過する際の流速が、０．００９７６９［ｍ／ｓ］以上となっているので、後述する実験例から明らかなように、ファインバブルを効率良く発生させることができる。
　つまり、従来のように、高い圧力で気体を液体に混入させなくとも、高い気泡濃度を有する液体（即ちファインバブル液）を、容易に製造することができる。例えば純水の場合でも、容易に気泡濃度を上げることができる。
　また、このファインバブル発生装置では、エレメントの一方の側に配置した液体を、他方の側に通過させるとともに噴射させることにより、即ち少なくとも１パスにて、効率よくファインバブルを発生させることができる。
　さらに、このファインバブル発生装置では、上述のように、多孔質のエレメントの細孔を液体が通過する際の流速は、前記所定以上である。これにより、効率良くファインバブルが発生するので、例えば従来の大型のポンプ等を備えた設備を使用しなくとも、即ち小型の装置でも、容易にファインバブルを発生させることができる。例えばガスボンベから供給される気体を用いて差圧を発生させる場合には、ポンプや電源等を省略することも可能である。
　このように流速を規定することによって、効率良くファインバブルを発生させることができる理由としては、下記のような理由が推定される。
　多孔質のエレメントの細孔内（従って極小領域内）を、早い流速の液体が通過することにより、細孔内で局所的にキャビテーションが発生し、キャビテーションの圧力変化や熱量変化等の急速なエネルギー変化により、多くの気泡核（即ちファインバブルの元とのなるもの）が生成し、その気泡核から多くのファインバブルが発生すると推定される。
　（２）上述のファインバブル発生装置では、エレメントの平均細孔径は、１．５μｍ～５００μｍであってもよい。
　このような平均細孔径を有するエレメントを用いることにより、後述する実験例から明らかなように、効率よくファインバブルを発生させることができる。また、高い気泡濃度を実現できる。
　（３）上述のファインバブル発生装置では、エレメントの表面気孔率は、２４％～４７．７％であってもよい。
　このような表面気孔率を有するエレメントを用いることにより、後述する実験例から明らかなように、効率よくファインバブルを発生させることができる。また、高い気泡濃度を実現できる。
　（４）上述のファインバブル発生装置では、エレメントの表面における液体の接触角は、３８．８°～１５１．３２°であってもよい。
　このような液体の接触角のエレメントを用いることにより、後述する実験例から明らかなように、効率よくファインバブルを発生させることができる。また、高い気泡濃度を実現できる。
　（５）上述のファインバブル発生装置では、エレメントは、セラミックからなっていてもよい。
　このように、エレメントがセラミックからなる場合には、ファインバブルが発生する液体中に含まれる不純物（いわゆるコンタミネーション）が少ないので、好適である。例えば医療分野や食品分野等に適用する場合には、不純物が少ないことが好ましいので、このような分野には、セラミックからなるエレメントを用いることが好ましい。
　また、エレメントがセラミックからなる場合には、エロージョン（浸食）による劣化が少ないという利点もある。
　（６）上述のファインバブル発生装置では、エレメントと一体に構成された第１タンクと、エレメントから噴射された液体を受ける第２タンクと、を備えていてもよい。
　このような装置を用いることにより、容易にファインバブルを含む液体を製造することができる。この装置では、第１タンクに液体を入れ、第１タンクからエレメントの一方の側に液体を供給する。そして、エレメントの他方の側から液体を噴射する際にファインバブルを発生させ、このファインバブルを含む液体を第２タンクに受けることができる。
　（７）上述のファインバブル発生装置では、第１タンクに、差圧付与部として第１タンク内に差圧を付与するガスを供給するガス供給部と、第１タンク内に液体を供給する液体供給部と、を備えていてもよい。なお、ガス供給部は差圧付与部の一例である。
　このファインバブル発生装置では、第１タンクにおいて、ガス供給部によって、第１タンク内に差圧を付与するガスを供給することができ、液体供給部によって、第１タンク内に液体を供給することができる。
　（８）上述のファインバブル発生装置では、第２タンクに、噴射後の液体を外部に取り出す液体取出部を備えていてもよい。
　このファインバブル発生装置では、第２タンクにおいて、液体取出部によって、噴射後の液体を外部に取り出すことができる。
　（９）本開示の一つの局面におけるファインバブル発生方法は、多数の細孔を有する多孔質のエレメントに、液体を通過させて、液体中にファインバブルを発生させるファインバブル発生方法に関するものである。
　このファインバブル発生方法では、エレメントの一方の側と他方の側との間に差圧を付与することにより、エレメントの一方の側に配置された液体を、他方の側に通過させるとともに噴射させて、ファインバブルを発生させる。そして、ファインバブルを発生させる際には、液体がエレメントを通過する際の流速を、０．００９７６９［ｍ／ｓ］以上とする。
　このファインバブル発生方法では、上述したファインバブル発生装置と同様な効果を奏する。
　＜以下、本開示の構成について説明する＞
　・多孔質のエレメントとは、多数の細孔（即ち液体が通過可能な連通孔）が形成された多孔質の部材を示している。このエレメントとしては、例えば内側から外側、或いは、外側から内側に液体が通過可能な筒状の部材、例えば先端が閉塞された筒状の部材や両端が開放された筒状の部材が挙げられる。また、一方の側から他方の側に液体の通過が可能な膜状（例えば板状）の部材などが挙げられる。
　・エレメントの材料としては、セラミック（例えば、アルミナ、ムライト、ジルコニア、チタニア、シリカ、マグネシア、カルシアのうち、少なくとも１種以上）からなる材料や、各種の樹脂（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン）や、金属（例えば、アルミニウム、チタン、鉄、金、銀、銅、ステンレス）等が挙げられる。エレメントとしては、例えばアルミナ９７重量％の焼結体を採用できる。特に、エレメントの材料としては、上述したセラミックからなる材料が好ましい。
　・液体としては、水（例えば、純水、水道水、脱イオン水）、アルコール、海水、水溶液、洗浄液、有機溶剤等を採用できる。なお、液体中には、通常、周囲の気体等の各種の気体が若干溶解している。
　・ファインバブルは、国際標準化機構（ＩＳＯ）による定義である直径１００μｍ（１０－４ｍ）以下の気泡であり、直径が１μｍ以上１００μｍ未満のマイクロバブルや直径が１μｍ未満のウルトラファインバブルが含まれる。なお、ファインバブルに含まれる気体としては、水素、酸素、二酸化炭素、空気等の、各種の気体が挙げられる。
　・流速を上述した範囲に設定する方法としては、ファインバブルを発生させる液体に付与する差圧を調節する方法が挙げられる。例えばエレメントを通過する前の液体に加える圧力を増加させることによって差圧を増加させることにより、流速を増加させることができる。
　この差圧を付与する方法としては、例えばエレメントの一方の側（液体側）に加わる圧力を、例えば高圧の気体を供給することによって増加させる方法（つまり、気圧を増加させる方法）が挙げられる。例えばガスボンベから供給される気体を用いて差圧を付与することができる。また、エレメントの他方の側（ファインバブル発生側）に加わる圧力（気圧等）を、真空引き等によって減少させる方法等が挙げられる。
　・流速［ｍ／ｓ］は、例えば、エレメントの一方の側（液体側）から他方の側（ファインバブル発生側）に流れる液体の流量（Ｑ［ｍ３／ｓ］）と、エレメントの他方の側の表面の開口部分（即ち気孔部分）の面積の合計（Ｓ［ｍ２］）とから、Ｑ／Ｓの演算により求めることができる。なお、流速の最大値としては、水中で超音波を発生させた際に伝わる最大速さである１５００ｍ／ｓが挙げられる。
　・エレメントの表面気孔率とは、エレメントの他方の側（ファインバブル発生側）の全表面積に対する、エレメントの他方の側の表面の開口部分（気孔部分）の面積の合計の割合である。
第１実施形態のファインバブル発生装置を示す説明図である。 第１実施形態のファインバブル発生装置と従来の微細孔方式の装置について、ガス消費量と気泡濃度との関係を示すグラフである。 第２実施形態のファインバブル発生装置を示す説明図である。 第３実施形態のファインバブル発生装置を示す説明図である。 第４実施形態のファインバブル発生装置を示す説明図である。 実験例１に用いるエレメントと各部の名称を示す説明図である。 図７Ａは実験例４での各試料の液体の特性のｐＨを示すグラフ、図７Ｂは実験例４での各試料の液体の特性の電気導電率を示すグラフ、図７Ｃは実験例４での各試料の液体の特性のＡＴＰを示すグラフである。 図８Ａは実験例４での各試料の液体の特性のＴＯＣを示すグラフ、図８Ｂは実験例４での各試料の液体の特性のＩＣＰ－ＭＳを示すグラフである。 図９Ａは実験例５での各試料の液体の特性である凍結の前後の粒子濃度を示すグラフ、図９Ｂは実験例５での各試料の液体の特性である消泡前を１００とした場合の粒子濃度を示すグラフである。
　１、７１、９１、１０１…ファインバブル発生装置
　３、１０３…第１タンク
　５、１０５…第２タンク
　９…ガス供給部
　１０…差圧付与部
　１１…液体供給部
　１３…液体取出部
　３１…バブル発生部
　３３、７５、９７、１０７…エレメント
　以下、本開示が適用されたファインバブル発生装置及びファインバブル発生方法の実施形態について、図面を用いて説明する。
　［１．第１実施形態］
　［１－１．全体構成］
　まず、第１実施形態のファインバブル発生装置の構成について説明する。
　図１に示すように、第１実施形態のファインバブル発生装置１は、液体（例えば純水等の水）中にファインバブルを発生させる装置であり、第１タンク３及び第２タンク５を備えた箱状の装置本体７と、第１タンク３にガス（例えば窒素ガス）を供給するガス供給部９と、第１タンク３に液体を供給する液体供給部１１と、第２タンクから液体（即ちファインバブルが発生した液体：ファインバブル液）を取り出す液体取出部１３と、を備えている。以下、詳細に説明する。
　＜第１タンク＞
　第１タンク３は、液体を収容することができる容器であり、内部を加圧できるように構成されている。つまり、後述する、液体の供給や流出、気体の流入部分以外は、液体や気体が流出しないような気密構造となっている。
　この第１タンク３には、その側壁１５に、ガス供給部９から供給されるガスを内部に取り入れるためのガス導入口１７が設けられ、その上部１９に、液体供給部１１から供給される液体を内部に取り入れるため液体導入口２１が設けられている。なお、ガス導入口１７は、第１タンク３に液体が入れられた場合に、その液面よりも上方の位置に配置されている。
　また、第１タンク３には、その底部２３に、液体を第２タンク５側に供給するための液体供給口２５が設けられ、この液体供給口２５には、第１タンク３側と第２タンク５側とを連通するように、下方に向かって垂直に伸びるステンレス製の円筒形の連通パイプ２７が取り付けられている。なお、第１タンク３内の液体は、連通パイプ２７を通って、第２タンク５側に供給される。
　さらに、第１タンク３内には、内部の圧力（気圧）を検出するために、第１圧力センサ２９が配置されている。
　なお、気密構造の第１タンク３とガス供給部９によって、差圧を付与する構成（即ち差圧付与部１０）が構成される。
　＜第２タンク＞
　第２タンク５は、液体（即ちファインバブル液）を収容することができる容器であり、その内部には、ファインバブルを発生させるバブル発生部３１を備えている。
　バブル発生部３１は、連通パイプ２７と、連通パイプ２７の下端側に接続された多孔質のエレメント３３と、から構成されている。従って、エレメント３３は、連通パイプ２７を介して、第１タンク３と一体に構成されている。
　前記エレメント３３は、下端側（即ち先端側）が閉塞されたパイプ状（詳しくは円筒形状）の部材であり、その上端は、連通パイプ２７に外嵌し、接着剤と継手金具（図示せず）により接合されて、連通パイプ２７に隙間なく密着している。一方、エレメント３３の下端側は、エレメント３３の一部である底部３５により閉塞されている。
　このエレメント３３は、セラミックである例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主成分（例えばアルミナ９７重量％）とし、残りの３重量％が、シリカ（ＳｉＯ２）、カルシア（ＣａＯ）、マグネシア（ＭｇＯ）等のセラミックからなる多孔質の焼結体であって、焼結体全体には多数の細孔（即ち液体の通過が可能な連通孔）が形成されている。つまり、このエレメント３３はセラミックからなる多孔質の焼結体である。なお、焼結体は、多数の細孔が同様な状態（例えば同様な平均細孔径）で存在する一層構造（即ち対称構造）である。
　詳しくは、エレメント３３の平均細孔径は、１．５μｍ～５００μｍの範囲であり、エレメント３３の表面気孔率は、２４％～４７．７％の範囲である。また、エレメント３３の表面における液体（例えば水）の接触角は、３８．８°～１５１．３２°の範囲である。
　また、第２タンク５には、その側壁３７の下部に、液体を第２タンク５から外部に取り出すための液体取出口３９が設けられ、この液体取出口３９に液体取出部１３が接続されている。
　さらに、第２タンク５内には、内部の圧力（気圧）を検出するために、第２圧力センサ４１が配置されている。
　＜周囲の構成＞
　ガス供給部９は、ガスが充填されたガスボンベ４３と、ガスボンベ４３とガス導入口１７とを接続する第１パイプ４５と、第１パイプ４５の流路を開閉する第１開閉弁４７と、ガスボンベ４３内の圧力を検出する第３圧力センサ４９と、を備えている。
　液体供給部１１は、液体導入口２１に接続して液体を第１タンク３側に供給する第２パイプ５１と、第２パイプ５１の流路を開閉する第２開閉弁５３とを備えている。なお、図示しないが、第２パイプ５１の上流側には、例えば液体を蓄えるタンク等が配置されている。
　液体取出部１３は、液体取出口３９に接続して液体を外部に取り出すための第３パイプ５５と、第３パイプ５５の流路を開閉する第３開閉弁５７とを備えている。
　［１－２．ファインバブル発生装置の動作］
　次に、ファインバブル発生装置１の動作について説明する。
　まず、第１開閉弁４７及び第３開閉弁５７を閉じた状態で、第２開閉弁５３を開いて、第２パイプ５１から第１タンク３内に所定量（例えばＶＯ［ｍｌ］）の液体を供給する。その後、第２開閉弁５３を閉じる。このとき、第１タンク３内の液体は、連通パイプ２７を介して、エレメント３３の内部（即ち内側空間５９に流入する）。
　次に、第１開閉弁４７を開いて、高圧の気体をガスボンベ４３から第１タンク３内に供給する。これにより、例えば第１タンク３内の圧力が大気よりも高い圧力（例えば、０．４ＭＰａ）となる。
　このように、第１タンク３内の圧力が高くなると、その圧力によって第１タンク３内の液体が押圧されるとともに、エレメント３３内の液体も押圧される。
　そして、このエレメント３３内の液体が押圧されることによって、エレメント３３内の液体は、エレメント３３の壁面６１の細孔を通過して、エレメント３外（即ち第２タンク内における外側空間６３）に高速で噴射される。
　このとき、液体がエレメント３３を通過する際の流速は、０．００９７６９ｍ／ｓ以上であり、液体がこのような高速でエレメント３３を通過する際に多くのファインバブルが発生する。即ちファインバブルを含むファインバブル液が得られる。
　［１－３．エレメントの製造方法］
　ここで、エレメント３３の製造方法について説明する。なお、このエレメント３３については、定法により製造できるので、簡単に説明する。
　例えば、エレメント３３の固体材料として、平均粒径５μｍのアルミナ粉末を９７重量％、ＳｉＯ２、ＭｇＯ粉末等の焼結助剤粉末を３重量％準備した。
　そして、これらの固体粉末に、メチルセルロースと水と離型剤とを加えて坏土を作製し、この坏土を用いて、有底の円筒形状の成形体を作製した。
　その後、この成形体を乾燥させた後に、大気雰囲気下で、１５００℃にて３時間焼成の条件で焼成して、上述した構成のエレメント３３を得た。
　なお、平均細孔径については、周知のように、原料粉粒径を制御することによって調整できる。また、表面気孔率については、周知のように、固体粉末量や有機物量や水量を制御することによって調整できる。
　［１－４．効果］
　（１）本第１実施形態では、気体によって付与された差圧によって、液体が多孔質のエレメント３３を通過する際の流速を、０．００９７６９［ｍ／ｓ］以上とすることにより、ファインバブルを効率良く発生させることができる。
　例えば図２に示すように、従来の微細孔方式の装置（後述するＣ社の装置）では、ガス消費量が増加すると気泡濃度が増加するが、本第１実施形態のファインバブル発生装置１（即ち本方式）では、微細孔方式の装置に比べて、少ないガス消費量で高い気泡濃度を得ることができる。なお、図２の本方式のガス消費量とは加圧に用いる気体の消費量である。
　つまり、従来のように、高い圧力で気体を液体に混入させなくとも、高い気泡濃度を有する液体（即ちファインバブル液）を、容易に製造することができる。例えば純水の場合でも、容易に気泡濃度を上げることができる。
　（２）本第１実施形態では、エレメント３３の一方の側に配置した液体を、他方の側に通過させるとともに噴射させることにより、即ち少なくとも１パスにて、効率よくファインバブルを発生させることができる。
　（３）本第１実施形態では、上述のように、多孔質のエレメント３３の細孔を液体が通過する際の流速を所定以上とすれば、効率良くファインバブルが発生するので、従来の大型のポンプ等を備えた設備を使用しなくとも、即ち小型の装置でも、容易にファインバブルを発生させることができる。つまり、ガスボンベ４３から供給される気体を用いて差圧を発生させることにより、ポンプや電源等を省略することができる。
　（４）本第１実施形態では、エレメント３３の平均細孔径は、１．５μｍ～５００μｍの範囲である。従って、効率よくファインバブルを発生させることができる。また、高い気泡濃度を実現できる。
　（５）本第１実施形態では、エレメントの表面気孔率は、２４％～４７．７％の範囲である。従って、効率よくファインバブルを発生させることができる。また、高い気泡濃度を実現できる。
　（６）本第１実施形態では、エレメント３３の表面における液体の接触角は、３８．８°～１５１．３２°の範囲である。従って、効率よくファインバブルを発生させることができる。また、高い気泡濃度を実現できる。
　（７）本第１実施形態では、エレメント３３は、セラミックを主成分とする材料からなっている。従って、ファインバブルが発生する液体中に含まれる不純物（いわゆるコンタミネーション）が少ないので、例えば医療分野など、不純物が少ない方が良い分野には好適である。
　また、エレメント３３がセラミックを主成分とする場合には、エロージョン（浸食）による劣化が少ないという利点もある。
　［１－５．文言の対応関係］
　第１実施形態の、ファインバブル発生装置１、第１タンク３、第２タンク５、ガス供給部９、差圧付与部１０、液体供給部１１、液体取出部１３、バブル発生部３１、エレメント３３は、それぞれ、本開示の、ファインバブル発生装置、第１タンク、第２タンク、ガス供給部、差圧付与部、液体供給部、液体取出部、バブル発生部、エレメントの一例に相当する。
　［２．第２実施形態］
　次に、第２実施形態について説明するが、第１実施形態と同様な内容については、その説明は省略又は簡略化する。
　図３に示すように、本第２実施形態のファインバブル発生装置７１は、単一のタンク７３内に、第１実施形態と同様なエレメント７５が配置されており、そのエレメント７５の上端に、連通パイプ７７が接続されている。
　この連通パイプ７７は、タンク７３外に延びており、タンク７３外にて、連通パイプ７７に開閉バブル７９が配置されている。
　本第２実施形態では、開閉バブル７９を開いて、連通パイプ７７からエレメント７５の内部（即ち内側空間８１）に、所定の圧力を加えた液体（例えば水）を供給することにより、第１実施形態と同様に、液体中にファインバブルを発生させることができる。つまり、エレメント７５の周囲の外側空間８３にファインバブル液を供給することができる。
　なお、タンク７３内からファインバブル液を取り出す構成は、第１実施形態と同様である。
　本第２実施形態は、第１実施形態と同様な効果を奏する。また、第１実施形態よりも構成を簡易化できるという利点がある。
　［３．第３実施形態］
　次に、第３実施形態について説明するが、第１実施形態と同様な内容については、その説明は省略又は簡略化する。
　本第３実施形態は、第１実施形態とは、バブル発生部の構成のみが異なるので、バブル発生部について説明する。
　図４に示すように、本第３実施形態のファインバブル発生装置９１のバブル発生部９３は、連通パイプ９５の下端に、円筒形状のエレメント９７が接続されたものである。
　このエレメント９７は、自身の軸方向（図４の上下方向）の両端が開放されており、上端が連通パイプ９５に接続されるとともに、下端はキャップ９９により閉塞されている。なお、キャップ９９は、円柱形状であり、例えばアルミナからなる緻密な焼結体である。
　本第３実施形態は、第１実施形態と同様な効果を奏する。
　［４．第４実施形態］
　次に、第４実施形態について説明するが、第１実施形態と同様な内容については、その説明は省略又は簡略化する。
　本第４実施形態は、エレメントとして板状の部材を用いたものである。
　図５に示すように、本第４実施形態のファインバブル発生装置１０１は、第１実施形態と同様に、第１タンク１０３の下に第２タンク１０５が配置された構成を有している。
　そして、第１タンク１０３と第２タンク１０５との間には、第１タンク１０３と第２タンク１０５とを区分するように、平板状のエレメント１０７が水平に配置されている。なお、エレメント１０７は、側壁１０９に設けられた支持部材１１１によって位置決めされて固定されている。
　なお、図５では、その他の構成（例えば第１タンク１０３にガスや液体を供給する構成等）は省略されている。
　本第４実施形態においても、第１タンク１０３に液体を供給し、ガスを供給して加圧することによって、液体をエレメント１０７を通過させて、液体中にファインバブルを発生させることができる。つまり、エレメント１０７の下方の第２タンク１０５内にファインバブル液を供給することができる。
　なお、第２タンク１０５内からファインバブル液を取り出す構成は、第１実施形態と同様である。
　本第４実施形態は、第１実施形態と同様な効果を奏する。
　［５．実験例］
 　次に、本開示の効果を確認するために行った実験例について説明する。なお、液体としては、純水を用いた。
　［５－１．実験例１］
　＜実験内容＞
　この実験例１では、ファインバブルを発生させる装置として、前記第３実施形態と同様なエレメントを採用し、第１実施形態と同様な構造のファインバブル発生装置を用いた。
　実験に使用するエレメントとして、表１～表６に示すような６１個の試料（試料Ｎｏ.１～５９）を作製した。この表１～表６において、実施例（実施例１～３２）の試料が本開示の範囲内の試料であり、比較例（比較例１～２７）の試料が本開示の範囲外の試料である。
　なお、表１、表２では、実施例と比較例とを、試料Ｎｏ.順にまとめて示し、表３、表４では、実施例のみを示し、表５、表６では、比較例のみを示している。
　この実験例１では、下記表１～表６に示す条件にて、ファインバブルを発生させ、その際に、下記表２、表４、表６に示すように、エレメントを通過する流速などを求めた。
　なお、表７では、前記表１～表６に記載の試料から、複数の比較例と複数の実施例を例に挙げて、気泡濃度が６．８２Ｅ＋０．７以上が好ましいとして、好ましいものを「適」、好ましくないものを「不適」として表示している。
　ここで、表１～表７の実験条件や実験結果の表示内容について説明する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　（１）エレメント構造
　エレメント構造の対称構造とは、エレメントの構造が単一の構造であることを示している。非対称構造とは、エレメントの内側と外側とが異なる構造であることを示している。詳しくは、非対称構造は、２層構造であり、エレメントの外側（即ち外側の層）の方が内側（即ち内側の層）よりも平均細孔径が小さくなっている。
　（２）エレメント材質
　エレメント材質は、エレメントを構成する材質（材料）を示す。従って、エレメントは、この材料から構成された多孔質の部材である。
　（３）接触角
　接触角とは、周知のように、静止液体の自由表面が壁に接する点において、液面と壁とのなす角である。
　本実験例１では、ＤｒｏｐＭａｓｔｅｒシリーズ（ＤＭｏ-５０１）を用い、液滴法によって、接触角を測定した。液体としては純水（４μｌ）を用い、液体を滴下してから１００ｍｓ後の接触角を取得した。
　なお、細孔の最大孔径ＤＢＰ［ｍ］、液体の表面張力γ［Ｎ/ｍ］、接触角θ［ｒａｄ ］、バブルポイント圧Ｐ［Ｐａ］には、下記式（１）に示す関係がある。なお、細孔の最大孔径ＤＢＰ［ｍ］とは、細孔を円孔とした場合の直径である。
　　　ＤＢＰ＝４γｃｏｓθ／Ｐ　　　・・・（１）
　（４）バブルポイント圧
　例えば板状のエレメントをイソプロピルアルコールなどの液体に浸して水平とし、下側から空気を供給するとともに空気の圧力を上げてゆくと、ある値に達したときに最初に最大孔径の孔から気泡が発生する。このときの圧力をバブルポイント圧と呼ぶ。なお、前記式（１）を用い、バブルポイント圧から最大孔径を求めることができる。
　（５）純水
　この実験例１では、液体として純水を用いた。この純水は、通常、イオン交換樹脂などによって、脱塩・脱イオン処理を行った液を示し、所定の範囲の電気伝導率、ＴＯＣ（全有機炭素）を有している。
　この実験例１では、下記表８に示すように、実験に使用する純水（５個の試料：Ｎ１～Ｎ５）に対して、導電率（即ち電気導電率）［μＳ/ｍ］、ＴＯＣ（全有機炭素）［μｇ/Ｌ］、ＩＣＰ-ＭＳ（イオン濃度）、ｐＨ、ＤＯ（溶存酸素）［ｍｇ/Ｌ］、ＡＴＰ（生菌数）［ＲＬＵ ］を調べた。
　なお、ｐＨと電気導電率は、ＨＯＲＩＢＡ製　ｐＨ水質計Ｄ-７４を用いて測定した。
 ＴＯＣは、島津製作所製　ＴＯＣ-ＶＷＰを用いて測定した。ＩＣＰーＭＳは、ＴｈｅｒｍｏＦｉｓｈｅｒ製　ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＣ　ｉＣＡＰ　Ｑを用いて測定した。ＤＯは、堀場製作所製　ＯＭ－７１を用いて測定した。ＡＴＰは、ルミテスターＰＤ－３０を用いて測定した。
　また、ＮａｎｏＳｉｇｈｔ　ＮＳ-３００（以下単にナノサイトと記す）を用いて、気泡径［ｎｍ］、気泡濃度［個/ｍｌ］、気泡濃度［個/frame］を調べた。なお、［個/frame］とは、ナノサイトの測定における、１画面あたりに映った粒子数を示し、１測定に１５００frameを取得している。つまり、１５００frameに映った粒子数の平均値を［個/frame］と表している。
　それらの結果を、下記表８に記す。
　なお、今回の実験に使用した純水は、電気伝導率が４７．９～８３．２［μＳ/ｍ］の範囲であり、且つ、ＴＯＣが５～４０．１［μｇ/Ｌ］の範囲である。この範囲における水は、純水ということができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
　（６）エレメント有効面積
　この実験例１では、図６に示すように、円筒形状のエレメントを用いるので、液体の通過が可能なエレメントの側面（即ち円筒の外周面）の面積を、エレメント有効面積としている。
　また、エレメント長は、エレメントの軸方向の長さであり、エレメント外径は、軸方向から見たエレメントの外周の直径である。従って、このエレメント長とエレメント外径からエレメント有効面積を求めることができる。なお、膜厚は、円筒形状のエレメントの厚み（径方向の寸法）である。
　（７）表面気孔率
　表面気孔率は、エレメント有効面積に占める細孔の表面比率である。この表面気孔率は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等により、エレメント表面の画像を取得し、その画像を二値化（白黒）し、白黒の面積比率（詳しくエレメント有効面積における細孔を示す黒の割合）により求めることができる。
　（８）細孔径（即ち平均細孔径）
　細孔径とは、細孔を円孔とした場合の直径（詳しくは多数の細孔の平均値：平均細孔径）である。ここでは、水銀ポロシメトリを用いて、細孔径を測定した。なお、水銀ポロシメトリとして、オートポアIV９５１０（島津製作所製）を用いた。
　（９）溶媒種
　溶媒種とは、ファインバブルを発生させる液体を示しており、ここでは純水を用いている。
　（１０）溶媒量
　溶媒量とは、第１タンクに供給する液体の量（ＶＯ［ｍｌ］）を示している。
　（１１）印加圧力
　印加圧力とは、ガスボンベから第１タンクに供給される気体の圧力（従って第１タンク内の圧力）を示している。
　（１２）溶媒全量が通過するまでに要した時間
　溶媒全量が通過するまでに要した時間とは、第１タンク内の液体（従ってエレメントの内側空間の液体）が、全て、第２タンク内（従ってエレメントの外側空間）に移動するまでの時間［ｓｅｃ］である。
　（１３）流量Ｑ
　流量Ｑ［ｍ３／ｓ］とは、単位時間［ｓｅｃ］当たりに、エレメントの内側から外側に移動した液体の量［ｍ３］である。この流量Ｑは、前記「溶媒量」を前記「溶媒全量が通過するまでに要した時間」で除すことにより求めることができる。
　（１４）細孔面積Ａ
　細孔面積Ａ［ｍ２］とは、エレメントの外側表面における全細孔面積を示している。つまり、細孔面積Ａは、エレメント有効面積における細孔の面積の合計である。この全細孔面積は、ＳＥＭ等により、エレメント表面の画像を取得し、その画像を二値化（白黒）し、細孔を示す黒の面積の合計により求めることができる。
　（１５）流速Ｖ
　流速Ｖ［ｍ／ｓ］とは、エレメントの細孔を通過する液体の流速であり、流量Ｑ［ｍ３／ｓ］／細孔面積Ａ［ｍ２］の演算により求めることができる。
　（１６）気泡径、気泡濃度
　気泡径、気泡濃度は、ナノサイトによって測定したものである。
 ＜評価＞
　本実施例の各試料は、流速が０．００９７６９［ｍ／ｓ］以上であり、これらの試料は、いずれも気泡濃度が高く好適である。例えば最も流速が小さな試料No.５４でも、気泡濃度が７．３０×１０７［個/ｍｌ］であり、好適である。
　また、表１～表４から明らかなように、本実施例の各試料は、エレメントの細孔径（即ち平均細孔径）は、１．５μｍ～５００μｍであり、この範囲であれば、高い気泡濃度が得られることが分かる。
　なお、平均細孔径の下限値の１．５μｍについては、試料No.１～３等に記載があり、上限値の５００μｍについては、試料No.５０、５１、５２等に記載がある。
　さらに、表１～表４から明らかなように、本実施例の各試料は、エレメントの表面気孔率は、２４％～４７．７％であり、この範囲であれば、上述のように、高い気泡濃度が得られることが分かる。
　なお、表面気孔率の下限値の２４％については、試料No.６～１１に記載があり、上限 値の４７．７％については、試料No.５４、５５に記載がある。
　その上、表１～表４から明らかなように、本実施例の各試料は、エレメントの表面における液体（純水）の接触角は、３８．８°～１５１．３２°であり、この範囲であれば、上述のように、高い気泡濃度が得られることが分かる。
　なお、接触角の下限値の３８．８°については、試料No.３０等に根拠となる記載があり、上限値の１５１．３２°についは、試料No.２９に根拠となる記載がある。
　［５－２．実験例２］
　前記特許文献３、４の先行技術は、上述したように、本開示とは全く異なる技術である。つまり、前段タンクの水に含有されている大きい気泡をせん断して微細気泡とする技術であり、気泡のせん断が必要な技術である。
　これに対して、本開示では、例えば第１実施形態に示すように、第１タンクに含まれる気泡と第２タンクに含まれる気泡とにおいて、気泡径は殆ど変らない。つまり、本開示では、例えば第１タンク内の液体が多孔質のエレメントの細孔内を通過する際に、急激な圧力の変化を生じさせることによって、ファインバブルを発生させる技術であり、エレメントの通過前後で、気泡径は殆ど変らない。そして、この現象を発生させるためには、上述したように、０．００９７６９［ｍ／ｓ］以上の流速が必要である。
　本実験例２は、上述した知見に基づき、液体（純水）がエレメントを通過する前と通 過した後において、気泡径の変化を調べたものである。
 　前記実験例１に際して、ナノサイトを用いて、第１タンク内の液体中のファインバブルの気泡径を調べた。なお、通常では、わずかではあるが、液体中にファインバブルが存在している。
　その結果、各実施例の試料において、エレメントを通過する前の液体では、ファインバブルの気泡径の平均値は１００．２６ｎｍであった。
　また、各実施例の試料において、エレメントを通過する後の液体では、ファインバブルの気泡径の平均値は１００．８０ｎｍ（表４：実施例のＡｖｅ値参照）であった。
　このことから、エレメントを通過した液体では、ファインバブルの気泡濃度は高くなるものの、エレメントの通過前と通過後とでは、気泡径の平均値はそれほど変化がないことが分かる。
　［５－３．実験例３］
　本実験例３は、市販の２社のノズル方式のファインバブル発生装置を用いて、ファインバブルの発生状態を調べたものである。
　なお、ノズル方式とは、ポンプにて壁面に細孔が形成された管内に液体（純水）を流すとともに、管の途中にて外部から細孔を介して空気を供給する方式である。
　本実験例３は、下記表９の条件にて、１パス（液体を循環させない場合）と、６０分間ポンプにより液体を循環させた場合とにおいて、発生したファインバブルの気泡濃度を、ナノサイトを用いて測定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
　その結果、２社のファインバブル発生装置とも、ナノサイトの信頼性区間（即ち、２×１０８［個／ｍｌ］以上）よりも小さな気泡濃度しか測定できなかった。その実験データを、下記表１０に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
　なお、ナノサイトの信頼性区間より小さな濃度範囲では、誤差が大きく、信頼性が十分ではない。
　［５－４．実験例４］
 本実験例４は、図７及び図８に示すように、液体として純水を採用し、前記実験例１における実施例のファインバブル発生装置や、本開示以外の各種のファインバブル発生装置を用いて、ファインバブルを発生させ、そのファインバブル液（詳しくはファインバブル水）の各種の特性を調べたものである。なお、特性を調べる際には、ファインバブル液を入れる容器としては同種のガラス製のものを用い、できる限り測定環境を揃えた。
　以下、詳細に説明する。
　＜試料や装置等＞
　図７及び図８において、「Ｔ２６：セラミックス」とは、試料No.２６の実施例を示し、「Ｔ５５：金属」とは、試料No.５５の実施例を示し、「Ｔ５９：樹脂」とは、試料No.５９の実施例を示す。
　また、微細孔方式の装置とは、Ｃ社のセラミック製のエレメントを用いた微細孔方式のファインバブル発生装置（即ち比較例）を示す。このファインバブル発生装置は、液体中に先端が閉塞された多孔質のエレメント（即ちパイプ）を沈め、そのパイプ内にガスを供給して、パイプ外にファインバブルを発生させる装置である。
　なお、１回目とは、下記の条件で最初にファインバブルを発生させた後のファインバブル液の特性を示し、５回目とは、同じ条件で５回ファインバブルを発生させた後のファインバブル液の特性を示している。
　　（実験条件）
　　設定圧力：０．１１ＭＰａ
　　処理時間：１時間
　　溶媒　　：純水　５００ｍｌ
　　ガス種　：窒素ガス
　ガス流量：６００ｍｌ／ｍｉｎ
　さらに、他の比較例として、周知の循環型加圧溶解装置及び循環型気液せん断装置を用いて、ファインバブルを発生させて、ファインバブル液の特性を調べた。
　＜評価＞
 　図７Ａに、ファインバブル液のｐＨを調べた結果を示す。この図７Ａから、実施例の各試料は、純水のｐＨに近いことが分かる。それに対して、微細孔方式の１回目では、ｐＨの値が７以上と大きくなっている。
　図７Ｂに、ファインバブル液の電気導電率を調べた結果を示す。この図７Ｂから、実施例の各試料は、純水の電気導電率に近いことが分かる。それに対して、微細孔方式の１回目では、電気導電率の値が７３８［μＳ／ｍ］と非常に大きくなっている。その他の発生方式も、電気導電率の増加が見られる。
　図７Ｃに、ファインバブル液のＡＴＰを調べた結果を示す。この図７Ｃから、実施例の各試料は、純水のＡＴＰに近いことが分かる。それに対して、微細孔方式の１回目では、ＡＴＰの値が５５と非常に大きくなっている。
　図８Ａに、ファインバブル液のＴＯＣを調べた結果を示す。この図８Ａから、実施例の各試料（Ｔ２６、Ｔ５５）は、純水のＴＯＣに近いことが分かる。また、実施例の試料（Ｔ５９）、循環型加圧溶解装置及び循環型気液せん断装置では、ＴＯＣは大きな値となっている。また、微細孔方式では、ＴＯＣは測定できなかった。
　図８Ｂに、ファインバブル液のＩＣＰーＭＳを調べた結果を示す。この図８Ｂから、実施例の各試料は、純水のＩＣＰーＭＳに近いことが分かる。それに対して、微細孔方式の１回目では、ＩＣＰーＭＳの値が５４８［ｐｐｂ］と非常に大きくなっている。
　［５－５．実験例５］
　本実験例５は、ファインバブル発生装置にて発生したファインバブルが、実際にファインバブルであるのか、或いは、微細な塵等の粒子（即ち固体粒子）であるか否かを確認したものである。つまり、ナノサイトは、微細な粒子をファインバブルとしてカウントすることがあるので、実際に測定された粒子濃度（即ち、気泡の場合は気泡濃度）が、どの程度ファインバブルの濃度を示しているかを確認したものである。
　＜試料及び装置等＞
　粒子濃度を測定する対象の液体は、前記実験例４とほぼ同様である。具体的には、純水、Ｔ２６のファインバブル液、微細孔方式の装置で得られたファインバブル液（但し１回目）、循環型加圧溶解装置及び循環型気液せん断装置で得られた各ファインバブル液、Ｔ５５及びＴ５９の各ファインバブル液である。なお、それ以外に、Ｌａｔｅｘ粒子を溶媒（純水）に分散させた液体も用いた。
　＜実験内容＞
　本実験例５では、各試料の液体を、一旦凍結させた後に融解し、その凍結前後の液体における粒子濃度を、ナノサイトを用いて調べた。
　この凍結による方法によれば、気泡や固体粒子を含む液体を冷却して凍結させると、気泡の多くが消失するので、凍結前後の液体の粒子濃度を測定することにより、実際に凍結前の液体にどの程度気泡が存在するのかが分かる。
　具体的には、第８回ファインバブル国際シンポジウムで開示された緩慢凍結融解法による気泡と固体粒子の識別方法を用いた。詳しくは、各試料を所定の冷却速度（例えば０．５７×１０－２［Ｋ／ｓ］）で冷却して凍結させた後に、所定の昇温速度（例えば０．７６×１０－２［Ｋ／ｓ］）で昇温させて融解させ、その凍結の前後における液体の粒子濃度を測定した。
　＜評価＞
　図９Ａは、本実験例５によって得られた各試料の凍結前後の粒子濃度を示している。このグラフでは、一対の棒グラフで、各試料の粒子濃度を示しており、左側が凍結前の粒子濃度、右側が凍結後の粒子濃度である。なお、図９Ｂは、図９Ａのグラフを、凍結前（即ち消泡前）の粒子濃度を１００とした場合の各試料の凍結後の粒子濃度を示している。なお、図９Ａ及び図９Ｂにおいて、各一対の棒グラフの左側に棒フラグが消泡前を示し、右側の棒グラフが消泡後を示している。
　図９Ａ及び図９Ｂから明らかなように、実施例のＴ２６の試料では、凍結後には粒子濃度が大きく低下している。詳しくは、下記表１１に示すように、実施例のＴ２６の試料の消泡率は８８．３６％であり、殆どが気泡であることが分かる。なお、消泡率とは、検出された粒子のうちどの程度が気泡であるかを示す指標で有り、「（凍結後の液体の粒子濃度／凍結前の液体の粒子濃度）×１００」で定義される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
　また、表１１等から明らかなように、実施例のＴ５６の試料の消泡率は８２．３５％であり、殆どが気泡であることが分かる。また、実施例のＴ５９の試料の消泡率は７．３７％であり、殆どが気泡であることが分かる。
　それに対して、比較例である微細孔方式の装置の１回目試験では、消泡率は１５．２０％であり、殆どが固体粒子であることが分かる。また、同装置の５回目試験では、消泡率は７２．７４％ではあるが、消泡前の粒子濃度が２．５９Ｅ＋０７［個／ｍｌ］と少ないことが分かる（図９Ａ参照）。
　また、比較例の循環型加圧溶解装置では、消泡率は６５．９８％であり、実施例に比べて固体粒子が多いことが分かる。
　同様に、比較例の循環型気液せん断装置では、消泡率は７８．９５％であり、実施例に比べて固体粒子が多いことが分かる。
　なお、Ｌａｔｅｘ粒子を添加した試料では、消泡率は１１．１５％であった。
　［６．その他の実施形態］
　尚、本開示は、前記実施形態等に何ら限定されるものではなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
　（１）例えば、エレメントの形状としては、有底の筒状、軸方向の両端が開放された筒状、板状等、各種の形状を採用できる。
　（２）エレメントの材質に関しても、セラミック以外に、金属、樹脂等、各種の材料を採用できる。
　（３）また、液体や気体を供給する流路や液体を取り出す流路に開閉弁を設ける場合には、その開閉弁の動作をコンピュータ等によって制御してもよい。
　例えば第１タンク内に供給される液体の供給量や流量をセンサにより計測し、第１タンク内の圧力をセンサにより計測し、そのセンサにより計測した値に基づいて、液体の流量等や第１タンク内の圧力が目的となる値となるように、前記開閉弁の開閉動作を制御してもよい。従って、ファインバブルを発生するための構成を、インライン化することもできる。
　（４）なお、上記各実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記各実施形態の構成の一部を、省略してもよい。また、上記各実施形態の構成の少なくとも一部を、他の実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。 
 

Claims (9)

  1. 　多数の細孔を有する多孔質のエレメントに、液体を通過させて、前記液体中にファインバブルを発生させるファインバブル発生装置であって、
    　前記エレメントの一方の側と他方の側との間に差圧を付与する差圧付与部と、
    　前記差圧付与部によって付与された差圧によって、前記エレメントの一方の側に配置した前記液体を、前記他方の側に通過させるとともに噴射させて、前記ファインバブルを発生させるバブル発生部と、
    　を備え、
    　前記液体が前記エレメントを通過する際の流速が、０．００９７６９［ｍ／ｓ］以上である、
     　ファインバブル発生装置。
  2. 　前記エレメントの平均細孔径は、１．５μｍ～５００μｍである、
    　請求項１に記載のファインバブル発生装置。
  3. 　前記エレメントの表面気孔率は、２４％～４７．７％である、
    　請求項１又は２に記載のファインバブル発生装置。
  4. 　前記エレメントの表面における前記液体の接触角は、３８．８°～１５１．３２°である、
    　請求項１～３のいずれか１項に記載のファインバブル発生装置。
  5. 　前記エレメントは、セラミックからなる、
    　請求項１～４のいずれか１項に記載のファインバブル発生装置。
  6. 　前記エレメントと一体に構成された第１タンクと、前記エレメントから噴射された前記液体を受ける第２タンクと、を備えた、
    　請求項１～５のいずれか１項に記載のファインバブル発生装置。
  7. 　前記第１タンクに、前記差圧付与部として前記第１タンク内に前記差圧を付与するガスを供給するガス供給部と、前記第１タンク内に前記液体を供給する液体供給部と、を備えた、
    　請求項６に記載のファインバブル発生装置。
  8. 　前記第２タンクに、前記噴射後の液体を外部に取り出す液体取出部を備えた、
    　請求項６又は７に記載のファインバブル発生装置。
  9. 　多数の細孔を有する多孔質のエレメントに、液体を通過させて、前記液体中にファインバブルを発生させるファインバブル発生方法であって、
    　前記エレメントの一方の側と他方の側との間に差圧を付与することにより、前記エレメントの一方の側に配置された前記液体を、前記他方の側に通過させるとともに噴射させて、前記ファインバブルを発生させる工程を有し、
    　前記液体が前記エレメントを通過する際の流速を、０．００９７６９［ｍ／ｓ］以上とする、
     　ファインバブル発生方法。
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