WO2020136716A1 - 微細気泡生成方法及び微細気泡生成装置 - Google Patents

微細気泡生成方法及び微細気泡生成装置 Download PDF

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WO2020136716A1
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liquid
gas discharge
holes
diameter
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勇仁 藤田
小林　正史
壯 切石
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株式会社超微細科学研究所
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Definitions

  • the present invention relates to a fine bubble generation method and a fine bubble generation device for generating fine bubbles having a nano-order diameter in a liquid.
  • Patent Document 1 A method for generating fine bubbles in a liquid is disclosed in Patent Document 1, for example.
  • a porous body having a large number of gas discharge holes with a pore diameter of 5 ⁇ m is immersed in a liquid stored in a storage tank, and bubbles are supplied to the liquid by discharging gas from the porous body.
  • vibration of a frequency of 1 kHz or less is applied to the porous body in a direction substantially at right angles to the bubble emission direction.
  • the bubbles emitted from the porous body are atomized by the shearing force, and the atomized bubbles are generated in the liquid.
  • a vibration device that can arbitrarily set the frequency and amplitude of the vibration to be generated, and this vibration device are used.
  • a vibration transmission member for transmitting the vibration generated by the vibration device to the porous body immersed in the liquid is required, and the device for implementing this method for producing fine bubbles cannot be made compact and compact. There is also a problem.
  • an object of the present invention is to provide a fine bubble generation method and a fine bubble generation device capable of efficiently generating fine bubbles having a nano-order diameter in a liquid.
  • the invention according to claim 1 is a method for producing fine bubbles having a diameter of nano-order in the liquid, wherein the pore diameter (mode diameter) is 1.5 [ ⁇ m] or less.
  • the gas of the gas releasing member is brought into contact with the gas releasing surface of the gas releasing member having a large number of gas releasing holes so that the relative velocity with the gas releasing member is 1 [m/sec] or more.
  • a method for producing fine bubbles characterized in that gas is discharged into the liquid from the gas discharge member while moving the liquid relatively along the discharge surface.
  • the invention according to claim 2 is the method for producing fine bubbles of the invention according to claim 1, wherein the pore size distribution of the gas discharge holes is such that the cumulative number of holes from the small diameter side is 10% of the total number of holes.
  • D10 where the cumulative number of holes from the small diameter side is 50% of the total number of holes, and D50 is the cumulative number of holes from the small diameter side, and 90% of the total number of holes is D90 (D90-D10)
  • D10 where the cumulative number of holes from the small diameter side is 50% of the total number of holes
  • D50 is the cumulative number of holes from the small diameter side
  • 90% of the total number of holes is D90 (D90-D10)
  • the feature is that /D50 ⁇ 3.0.
  • the gas releasing member in the method for producing fine bubbles of the first or second aspect of the invention, by disposing the gas releasing member in the liquid flow, the gas releasing surface of the gas releasing member is aligned.
  • the feature is that the liquid is moved by using.
  • the invention according to claim 4 is the method for producing fine bubbles of the invention according to claim 1 or 2, wherein the flow of the liquid on the gas discharge surface of the gas discharge member is such that the liquid is in contact with the gas discharge surface. It is characterized in that the liquid is moved along the gas discharge surface of the gas discharge member by providing a passage and flowing the liquid through the flow passage.
  • the invention according to claim 5 is the method for producing fine bubbles according to claim 1 or 2, wherein the gas release member has a columnar shape in which the gas release hole is opened on an outer peripheral surface which is a gas release surface, or It has a cylindrical shape, and is characterized in that the cylindrical or cylindrical gas discharge member is rotated in a fixed position around the axis in a state of being immersed in the stationary liquid.
  • the invention according to claim 6 is a fine bubble generation device for generating fine bubbles having a diameter of nano-order in a liquid, the gas having a gas release member having a large number of gas release holes opened on a gas release surface.
  • the gas discharge unit includes a discharge unit and a relative movement unit that relatively moves the liquid along the gas discharge surface of the gas discharge member.
  • the gas discharge hole of the gas discharge member has a hole diameter (mode diameter) of 1.5 [ ⁇ m] or less.
  • the relative displacement means relatively moves the liquid along the gas emission surface of the gas emission member so that the relative velocity with respect to the gas emission member is 1 [m/sec] or more, The feature is that gas is released from the member into the liquid.
  • the invention according to claim 7 is the device for producing fine bubbles of the invention according to claim 6, wherein the hole diameter distribution of the gas discharge holes is such that the cumulative number of holes from the small diameter side is 10% of the total number of holes.
  • D10 where the cumulative number of holes from the small diameter side is 50% of the total number of holes
  • D50 is the cumulative number of holes from the small diameter side
  • 90% of the total number of holes is D90 (D90-D10)
  • the feature is that /D50 ⁇ 3.0.
  • the invention according to claim 8 is the fine bubble generating apparatus according to claim 6 or 7, wherein the gas release unit is attached in a state of being in surface contact with a gas release surface of the gas release member.
  • the discharge member has a flow path forming member having a groove formed on a contact surface with the gas discharge surface, and the relative moving means is surrounded by the gas discharge surface of the gas discharge member and the groove of the flow path forming member. The liquid is moved along the gas discharge surface of the gas discharge member by flowing the liquid through the flow path.
  • the invention according to claim 9 is, in the fine bubble generator of the invention according to claim 6 or 7, the gas releasing member is a columnar shape in which the gas releasing hole is opened on an outer peripheral surface which is a gas releasing surface, or It is characterized in that it has a cylindrical shape, and the relative movement means rotates the cylindrical or cylindrical gas discharge member immersed in the stationary liquid at a fixed position around the axis.
  • the gas of the gas releasing member is adjusted so that the relative velocity becomes 1 [m/sec] or more.
  • the gas is discharged from the gas discharging hole whose pore diameter (mode diameter) is 1.5 [ ⁇ m] or less.
  • the gas is released into the liquid while being divided into fine bubbles having a bubble diameter of 1.5 ⁇ m or less, and the fine bubbles in the liquid are slowly contracted to generate nano-order fine bubbles. Therefore, unlike the conventional case, it is not necessary to provide a vibration applying means for applying vibration to the gas releasing member, and the fine bubble generating apparatus can be made compact and compact.
  • the hole diameter distribution of the gas discharge holes is such that the cumulative number of holes from the small diameter side is 10% of the total number of holes.
  • D10 is the hole diameter that makes the cumulative number of holes from the small diameter side 50% of the total number of holes
  • D90 is the hole diameter that makes the cumulative number of holes from the small diameter side 90% of the total number of holes
  • a liquid flow path is provided, and the liquid is caused to flow through the flow path to move the liquid along the gas discharge surface of the gas discharge member, or the method for producing fine bubbles of the invention according to claim 5 or claim 9
  • a cylindrical or cylindrical gas releasing member having gas releasing holes on the outer peripheral surface which is a gas releasing surface, is placed at a fixed position around the axis in a state of being immersed in a stationary liquid. You can rotate it.
  • the gas discharge member in order to provide a liquid flow path on the gas discharge surface of the gas discharge member in a state where the liquid is in contact with the gas discharge surface, the gas discharge member as in the fine bubble generator of the invention according to claim 8.
  • the flow path forming member having a groove formed on the contact surface with the gas discharge surface is attached to the gas discharge head in surface contact with the gas discharge surface of the gas discharge member.
  • the portion of the passage forming member surrounded by the groove may be used as the flow passage.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line XX of FIG. 2. It is an exploded sectional view showing a gas discharge unit same as the above. It is a top view which shows the base member which comprises the gas discharge unit same as the above.
  • (A), (b) is the schematic which shows the deformation pattern of the flow path provided on the gas discharge surface of the gas discharge member which comprises the gas discharge unit. It is a perspective view showing a modification of the above-mentioned gas discharge member.
  • (A), (b) is a schematic diagram showing a modification of a gas release unit using a tubular gas release member. It is a schematic diagram showing another modification of a gas release unit using a tubular gas release member. It is the schematic which shows the fine bubble production
  • FIG. 1 shows a schematic structure of a fine bubble generating device of the present invention.
  • the microbubble generating device 1 includes a liquid storage tank 10 for storing a liquid, and a liquid feeding unit (relative moving means) 20 for sucking up and sending out the liquid stored in the liquid storage tank 10.
  • the gas discharging unit 30 is configured to discharge a gas to the liquid in the middle of the liquid feeding by the liquid feeding unit 20, and a liquid storage tank 40 that stores the liquid from which the gas is discharged by the gas discharging unit 30.
  • the liquid feeding unit 20 includes a liquid feeding pipe 21 and a liquid feeding pipe 22 that form a liquid flow path, and a variable flow rate type liquid feeding pump 23 provided in the liquid feeding pipe 22 portion. And a valve 24 for adjusting the negative pressure of the gas discharge unit 30 provided in the liquid supply pipe 21 portion, and the liquid stored in the liquid storage tank 10 is stored through the gas discharge unit 30. The liquid is sent to the liquid tank 40.
  • the gas discharge unit 30 includes a base member (flow path forming member) 31 which is a resin molded product in which a spiral groove 31b is formed in a circular concave bottom surface 31a.
  • the disk-shaped gas discharging member 32 is disposed so that the lower surface (gas discharging surface) is in contact with the bottom surface 31a of the concave portion of the base member 31, and the upper surface peripheral portion of the disk-shaped gas discharging member 32 is brought into surface contact.
  • An annular packing 33 provided and a circular cap 34, which is a resin molded product, is fitted into the concave portion of the base member 31 in a state where the annular packing 33 is pressed downward.
  • the spiral groove 31b and the lower surface (gas discharging surface) of the gas discharging member 32 form a liquid flow path FC in a state where the liquid is in contact with the lower surface (gas discharging surface) of the gas discharging member 32, and
  • the annular packing 33 forms an air supply chamber GR between the upper surface of the gas discharge member 32 and the lower surface of the cap 34.
  • the shaded portion in FIG. 6 indicates the spiral groove 31b.
  • the base member 31 is formed with a screw hole 31c vertically penetrating the end portion of the spiral groove 31b on the center side, and is screwed into the screw hole 31c.
  • the downstream end of the liquid supply pipe 21 of the liquid supply unit 20 is connected to the gas discharge unit 30 via the pipe joint 35.
  • a bamboo-shaped pipe joint 31d to which the upstream end of the liquid supply pipe 22 of the liquid supply unit 20 is connected is integrally formed. Inside the base member 31, a pipe joint 31d is formed. A channel 31e is formed that connects 31d and the outer end of the spiral groove 31b.
  • the liquid stored in the liquid storage tank 10 is sent from the liquid sending pipe 21 of the liquid sending unit 20 to the gas discharge unit 30, and passes through the flow path FC and the flow path 31 e of the base member 31 of the liquid sending unit 20.
  • the liquid is sent to the liquid feed pipe 22 and is sent from the liquid feed pipe 22 to the liquid storage tank 40.
  • the gas releasing member 32 is made of a ventilation-type porous body made of porous ceramics such as porous alumina and porous glass, and releases a large number of gases having a pore diameter (mode diameter) of 1.5 [ ⁇ m] or less.
  • the hole is open to the lower surface.
  • the gas discharge holes have six kinds of hole diameters (mode diameters) of 1.5 ⁇ m, 1 ⁇ m, 0.8 ⁇ m, 0.4 ⁇ m, 0.05 ⁇ m, and 0.005 ⁇ m.
  • a total of 12 types of gas releasing members 32 having a pore size distribution were used.
  • the hole diameter at which the cumulative number of holes from the small diameter side is 10% of the total number of holes is D10
  • the hole diameter at which the cumulative number of holes from the small diameter side is 50% of the total number of holes is D50
  • the pore diameter at which the cumulative number of pores from the small diameter side was 90% of the total pore number was D90
  • the hole diameter (mode diameter) of the gas release holes of each gas release member 32, and the values of D10, D50, and D90 are the pore size distribution measuring device (20 mm ⁇ 5 mm) for the test piece (20 mm ⁇ 5 mm) cut out from each gas release member 32.
  • Porous alumina Perm-Porometer made by US POURUS MATERIALS
  • porous glass Nano-Perm Porometer made by Seika Digital Image Co., Ltd. were used to measure the pore size distribution three times by the gas adsorption method, and they were averaged. The distribution table was used.
  • a screw hole 34a is formed in the cap 34 so as to vertically pass through the center of the cap 34, and is used to supply various gases to the air supply chamber GR via a pipe joint 36 screwed into the screw hole 34a.
  • the air supply pipe can be connected. Since air is used as the gas in each of the embodiments described below, the pipe joint 36 is opened to the atmosphere without connecting the air supply pipe.
  • the liquid in the liquid storage tank 10 flows through the flow path FC of the gas release unit 30. Although it is discharged to the liquid storage tank 40 through the gas discharge unit 30, the inside of the flow path FC of the gas discharge unit 30 located on the suction side of the liquid supply pump 23 has a negative pressure. Air is sucked into the liquid passing through the flow path FC from the gas discharge hole opened on the lower surface of the.
  • the pump flow rate is adjusted so that the liquid flow velocity in the flow path FC of the gas release unit 30 is 1 [m/sec] or more, the liquid passing through the flow path FC from the gas release holes of the gas release member 32.
  • the air sucked inside is divided into fine bubbles of 1.5 ⁇ m or less by the liquid flow flowing in the flow path FC, and the fine bubbles are slowly contracted to generate nano-order fine bubbles.
  • a liquid containing bubbles is stored in the liquid storage tank 40.
  • Example 1 As shown in Table 2, as the gas release member 32 of the gas release unit 30, a gas release hole having a hole diameter (mode diameter) of 1.5 ⁇ m and a hole diameter distribution (D90-D10)/D50 of 2.898 was used. , Pure water is introduced into the liquid storage tank 10, and the liquid feed pump 23 is operated in a state where the pump flow rate is adjusted so that the flow velocity in the flow path FC of the gas release unit 30 is 2 [m/sec]. As a result, fine air bubbles were generated in the pure water.
  • mode diameter hole diameter
  • D90-D10/D50 hole diameter distribution
  • Example 2 As shown in Table 2, as the gas release member 32 of the gas release unit 30, a gas release hole having a pore diameter (mode diameter) of 1 ⁇ m and a pore diameter distribution (D90-D10)/D50 of 2.591 was used. Except for this, fine air bubbles were generated in pure water in the same manner as in Example 1.
  • Example 3 As shown in Table 2, as the gas release member 32 of the gas release unit 30, a gas release hole having a hole diameter (mode diameter) of 0.8 ⁇ m and a hole diameter distribution (D90-D10)/D50 of 2.268 was used. Except for this point, fine air bubbles were generated in pure water in the same manner as in Example 1.
  • Example 4 As shown in Table 2, as the gas release member 32 of the gas release unit 30, a gas release hole having a hole diameter (mode diameter) of 0.4 ⁇ m and a hole diameter distribution (D90-D10)/D50 of 1.553 was used. Except for this point, fine air bubbles were generated in pure water in the same manner as in Example 1.
  • Example 5 As shown in Table 2, as the gas release member 32 of the gas release unit 30, a gas release hole having a hole diameter (mode diameter) of 0.05 ⁇ m and a hole diameter distribution (D90-D10)/D50 of 1.206 was used. Except for this point, fine air bubbles were generated in pure water in the same manner as in Example 1.
  • Example 6 As shown in Table 2, as the gas releasing member 32 of the gas releasing unit 30, a gas releasing hole having a hole diameter (mode diameter) of 0.005 ⁇ m and a hole diameter distribution (D90-D10)/D50 of 1.025 was used. Except for this point, fine air bubbles were generated in pure water in the same manner as in Example 1.
  • Example 7 As shown in Table 2, as in Example 4, except that the pump flow rate was adjusted so that the flow rate in the flow path FC of the gas release unit 30 was 1 [m/sec], air was introduced into pure water. Generated fine bubbles.
  • Example 8 As shown in Table 2, as in Example 4, except that the pump flow rate was adjusted so that the flow velocity in the flow path FC of the gas release unit 30 was 3 [m/sec], air was introduced into pure water. Generated fine bubbles.
  • Example 9 As shown in Table 2, as in Example 4, except that the pump flow rate was adjusted so that the flow velocity in the flow path FC of the gas release unit 30 was 5 [m/sec], air was introduced into pure water. Generated fine bubbles.
  • Example 10 As shown in Table 2, as in Example 4, except that the pump flow rate was adjusted so that the flow velocity in the flow path FC of the gas release unit 30 was 10 [m/sec], air was introduced into pure water. Generated fine bubbles.
  • Example 11 As shown in Table 2, as the gas release member 32 of the gas release unit 30, a gas release hole having a pore diameter (mode diameter) of 1.5 ⁇ m and a pore diameter distribution (D90-D10)/D50 of 8.474 was used. Except for this point, fine air bubbles were generated in pure water in the same manner as in Example 1.
  • Example 12 As shown in Table 2, as the gas release member 32 of the gas release unit 30, a gas release hole having a hole diameter (mode diameter) of 1 ⁇ m and a hole diameter distribution (D90-D10)/D50 of 9.611 is used. Except for this, fine air bubbles were generated in pure water in the same manner as in Example 2.
  • Example 13 As shown in Table 2, as the gas release member 32 of the gas release unit 30, a gas release hole having a pore diameter (mode diameter) of 0.8 ⁇ m and a pore diameter distribution (D90-D10)/D50 of 4.893 was used. Except for this point, fine air bubbles were generated in pure water in the same manner as in Example 3.
  • Example 14 As shown in Table 2, as the gas releasing member 32 of the gas releasing unit 30, a gas releasing hole having a hole diameter (mode diameter) of 0.4 ⁇ m and a hole diameter distribution (D90-D10)/D50 of 7.474 was used. Except for this point, fine air bubbles were generated in pure water in the same manner as in Example 4.
  • Example 15 As shown in Table 2, as the gas releasing member 32 of the gas releasing unit 30, a gas releasing hole having a hole diameter (mode diameter) of 0.05 ⁇ m and a hole diameter distribution (D90-D10)/D50 of 3.980 was used. Except for this point, fine air bubbles were generated in pure water in the same manner as in Example 5.
  • Example 16 As shown in Table 2, as the gas releasing member 32 of the gas releasing unit 30, a gas releasing hole having a hole diameter (mode diameter) of 0.4 ⁇ m and a hole diameter distribution (D90-D10)/D50 of 7.474 was used. Except for the points described above, fine air bubbles were generated in pure water in the same manner as in Example 7.
  • Example 17 As shown in Table 2, as the gas releasing member 32 of the gas releasing unit 30, a gas releasing hole having a hole diameter (mode diameter) of 0.4 ⁇ m and a hole diameter distribution (D90-D10)/D50 of 7.474 was used. Except for the above points, fine air bubbles were generated in pure water in the same manner as in Example 8.
  • Example 18 As shown in Table 2, as the gas releasing member 32 of the gas releasing unit 30, a gas releasing hole having a hole diameter (mode diameter) of 0.4 ⁇ m and a hole diameter distribution (D90-D10)/D50 of 7.474 was used. Except for the above points, fine air bubbles were generated in pure water in the same manner as in Example 9.
  • Example 19 As shown in Table 2, as the gas releasing member 32 of the gas releasing unit 30, a gas releasing hole having a hole diameter (mode diameter) of 0.4 ⁇ m and a hole diameter distribution (D90-D10)/D50 of 7.474 was used. Except for the points, fine air bubbles were generated in pure water in the same manner as in Example 10.
  • Comparative example 2 As shown in Table 2, as the gas release member 32 of the gas release unit 30, a gas release hole having a hole diameter (mode diameter) of 2.5 ⁇ m and a hole diameter distribution (D90-D10)/D50 of 2.649 was used. Except for this point, fine air bubbles were generated in pure water in the same manner as in Comparative Example 1.
  • Example 4 As shown in Table 2, in pure water as in Example 4, except that the pump flow rate was adjusted so that the flow velocity in the flow path FC of the gas release unit 30 was 0.8 [m/sec]. Fine air bubbles were generated.
  • the generated water obtained in Examples 1 to 19 and Comparative Examples 1 to 7 described above was allowed to stand for 15 minutes, and then gently stirred with a stirring rod to obtain a mode diameter of bubbles contained in the generated water, D90, D50,
  • the D10 and the number were measured 5 times using a nanoparticle analysis system (Nanosite LM10 manufactured by Malvern), and the average value is shown in Table 1.
  • the gas release member 32 has a hole diameter (mode diameter) of 1.5 ⁇ m or less and a small variation in the hole diameter distribution ((D90 ⁇ D10)/D50 ⁇ 3).
  • the bubble diameter (mode diameter) was around 100 nm, and the bubble diameter distribution varied. It was confirmed from Table 1 that a large amount of small ((D90-D10)/D50 ⁇ 3) fine bubbles were generated in the order of 10 8 .
  • the hole diameter (mode diameter) of the gas discharging hole is 1.5 ⁇ m or less
  • the dispersion of the hole diameter distribution is large ((D90 ⁇ D10)/D50>3).
  • the bubble diameter (mode diameter) was about 100 nm to 170 nm, and the variation in bubble diameter distribution was large. ((D90-D10)/D50>3)
  • Fine bubbles are generated in the order of 10 5 to 10 8 , and the fine bubbles generated have a bubble diameter (mode diameter) larger than that of Examples 1 to 10. It can be seen that there is a wide range, there is a large variation in the bubble diameter distribution, and the number of generated cells is small.
  • the hole diameter (mode diameter) of the gas discharge hole is significantly smaller than 0.4 ⁇ m and 1.5 ⁇ m, but the flow velocity in the flow path FC of the gas discharge unit 30 is smaller than 1 [m/sec]. It was confirmed that in Nos. 4 to 7, the fine bubbles generated had a width with a bubble diameter (mode diameter) of about 90 nm to 180 nm, and the number of generated fine bubbles was extremely small on the order of 10 2 to 10 4 .
  • the spiral flow path FC is provided on the gas discharge surface in order to move the liquid along the gas discharge surface (lower surface) of the gas discharge member 32, but the invention is not limited to this.
  • a plurality of linear flow paths FC crossing or longitudinally crossing the gas discharge surface may be provided, or as shown in FIG. You may provide one flow path FC which inverts the upper part alternately at both ends.
  • the disk-shaped gas discharging member 32 is used in the above-described embodiment, the present invention is not limited to this, and for example, as shown in FIG. 8, a cylindrical gas discharging member 32A is used. It is also possible. When such a cylindrical gas discharge member 32A is used, as shown in FIGS. 9(a) and 9(b), both ends are closed and the hollow portion is used as an air supply chamber into which gas is introduced.
  • a cylindrical flow path formation in which a single spiral groove (see (a) in the figure) or a plurality of linear grooves extending in the axial direction (see (b) in the figure) are formed on the inner peripheral surface
  • the members 31A and 31B are attached so that the inner peripheral surfaces thereof are in contact with the outer peripheral surface of the cylindrical gas discharging member 32A, and the liquid flow path is formed by the spiral groove or the linear groove and the outer peripheral surface of the gas discharging member 32A.
  • FC may be formed, and conversely, as shown in FIG. 10, the hollow portion of the cylindrical gas releasing member 32B serves as a liquid flow path, and the outer peripheral portion of the gas releasing member 32B has two points in FIG.
  • the air supply chamber GR into which the gas is introduced may be formed on the outer peripheral surface side of the gas release member 32B by being covered with the cylindrical body 37 shown by the chain line.
  • the liquid flow path FC is formed by attaching the flow path forming members 31, 31A, 31B to the lower surface of the disk-shaped gas discharge member 32 or the outer peripheral surface of the cylindrical gas discharge member 32A.
  • the hollow portion of the cylindrical gas discharge member 32B is used as a liquid flow path, but the present invention is not limited to this.
  • the outer surface releases gas.
  • the gas releasing member 32C By arranging the gas releasing member 32C to be a surface in the liquid flow, the liquid can be moved along the outer surface (gas releasing surface) of the gas releasing member 32C, or as shown in FIG.
  • a cylindrical or cylindrical gas discharge member 32D which is a discharge surface, is immersed in a stationary liquid and is rotated in a fixed position about the axis, so that the gas discharge member 32D is extended along the outer peripheral surface (gas discharge surface).
  • the liquid may be moved relative to each other.
  • the gas discharge unit 30 is arranged on the suction side of the liquid feed pump 23, but the invention is not limited to this, and for example, as in the fine bubble generation device 2 shown in FIG. It is also possible to arrange the gas discharge unit 30 on the discharge side of the liquid feed pump 23.
  • the air feed pipe 38 is connected to the pipe joint 36 of the gas release unit 30 and the air feed pipe 38 is connected. It is necessary to provide the air supply pump 39 so that the discharge pressure of the air supply pump 39 pushes the gas from the gas discharge surface of the gas discharge member 32 to the liquid flowing through the flow path FC.
  • the liquid in the liquid storage tank 10 is sent to the liquid storage tank 40 through the flow path FC of the gas release unit 30, but the present invention is not limited to this.
  • the liquid in the liquid storage tank 10 may be returned to the liquid storage tank 10 through the flow path FC of the gas release unit 30.
  • the method and apparatus for producing fine bubbles of the present invention can efficiently produce various gases as fine bubbles of nano-order in various liquids, the liquid and the gas to be present as fine bubbles in the liquid are appropriately selected. By doing so, it can be used in various fields such as factory waste liquid treatment, cleaning, sterilization, disinfection, freshness preservation of fresh products, and aquaculture of seafood.

Landscapes

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Abstract

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

Description

微細気泡生成方法及び微細気泡生成装置
　この発明は、液体内に直径がナノオーダーの微細気泡を生成する微細気泡生成方法及び微細気泡生成装置に関する。
　液体内に微細気泡を生成する方法としては、例えば、特許文献１に開示されている。この微細気泡生成方法は、貯留槽に貯留された液体に孔径が５μｍの多数の気体放出孔を有する多孔質体を浸漬し、この多孔質体から気体を放出することで液体に気泡を供給しながら、多孔質体に対して、気泡の放出方向に対しほぼ直角方向に１ｋＨｚ以下の周波数の振動を付与するようになっており、多孔質体に対して、気泡の放出方向に対しほぼ直角方向に１ｋＨｚ以下の周波数の振動を付与することで、多孔質体から放出される気泡がせん断力により微細化され、液体中に微細化された気泡が生成される。
特開２００３－９３８５８号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の微細気泡生成方法では、気泡を供給する多孔質体の気体放出孔の孔径が５μｍと比較的大きいため、気泡径が百数十μｍ～数百μｍ程度の微細気泡（マイクロバブル）を生成することはできるが、気泡径がナノオーダーの微細気泡を生成することはできない。
　また、多孔質体に対して、気泡の放出方向に対しほぼ直角方向に１ｋＨｚ以下の周波数の振動を付与するには、発生させる振動の周波数及び振幅を任意に設定できる加振装置と、この加振装置で発生させた振動を、液体に浸漬している多孔質体に伝達する振動伝達部材とが必要であり、この微細気泡生成方法を実施するための装置をコンパクトに小型化することができないといった問題もある。
　そこで、この発明の課題は、直径がナノオーダーの微細気泡を液体内に効率よく生成することができる微細気泡生成方法及び微細気泡生成装置を提供することにある。
　上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明は、直径がナノオーダーの微細気泡を液体内に生成する微細気泡生成方法であって、孔径（モード径）が１．５[μｍ]以下の多数の気体放出孔が開放された気体放出部材の気体放出面に液体を接触させ、前記気体放出部材との相対速度が１［ｍ／ｓｅｃ］以上となるように、前記気体放出部材の気体放出面に沿って液体を相対移動させながら、前記気体放出部材から気体を液体内に放出することを特徴とする微細気泡生成方法を提供するものである。
　また、請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の微細気泡生成方法において、前記気体放出孔の孔径分布は、小径側からの累積孔数が総孔数の１０％となる孔径をＤ１０、小径側からの累積孔数が総孔数の５０％となる孔径をＤ５０、小径側からの累積孔数が総孔数の９０％となる孔径をＤ９０としたとき、（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０≦３．０であることを特徴としている。
　また、請求項３に係る発明は、請求項１または２に係る発明の微細気泡生成方法において、前記気体放出部材を液体流中に配設することで、前記気体放出部材の気体放出面に沿って液体を移動させたことを特徴としている。
　また、請求項４に係る発明は、請求項１または２に係る発明の微細気泡生成方法において、前記気体放出部材の気体放出面上に、その気体放出面に液体が接触する状態で液体の流路を設け、その流路に液体を流すことで、前記気体放出部材の気体放出面に沿って液体を移動させたことを特徴としている。
　また、請求項５に係る発明は、請求項１または２に係る発明の微細気泡生成方法において、前記気体放出部材は、気体放出面である外周面に前記気体放出孔が開放された円柱状または円筒状を有しており、円柱状または円筒状の前記気体放出部材を静止液体に浸漬した状態で軸芯を中心として定位置回転させたことを特徴としている。
　また、請求項６に係る発明は、直径がナノオーダーの微細気泡を液体内に生成する微細気泡生成装置であって、気体放出面に多数の気体放出孔が開放された気体放出部材を有する気体放出ユニットと、前記気体放出部材の気体放出面に沿って液体を相対移動させる相対移動手段とを備え、前記気体放出部材の気体放出孔は、孔径（モード径）が１．５[μｍ]以下であり、前記気体放出部材との相対速度が１［ｍ／ｓｅｃ］以上となるように、前記相対移動手段が前記気体放出部材の気体放出面に沿って液体を相対移動させながら、前記気体放出部材から気体を液体内に放出することを特徴としている。
　また、請求項７に係る発明は、請求項６に係る発明の微細気泡生成装置において、前記気体放出孔の孔径分布は、小径側からの累積孔数が総孔数の１０％となる孔径をＤ１０、小径側からの累積孔数が総孔数の５０％となる孔径をＤ５０、小径側からの累積孔数が総孔数の９０％となる孔径をＤ９０としたとき、（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０≦３．０であることを特徴としている。
　また、請求項８に係る発明は、請求項６または７に係る発明の微細気泡生成装置において、前記気体放出ユニットは、前記気体放出部材の気体放出面に面接触する状態で取り付けられる、前記気体放出部材の気体放出面との接触面に溝が形成された流路形成部材を有し、前記相対移動手段が、前記気体放出部材の気体放出面及び前記流路形成部材の溝によって囲われた流路に液体を流すことで、前記気体放出部材の気体放出面に沿って液体を移動させたことを特徴としている。
　また、請求項９に係る発明は、請求項６または７に係る発明の微細気泡生成装置において、前記気体放出部材は、気体放出面である外周面に前記気体放出孔が開放された円柱状または円筒状を有しており、前記相対移動手段が、静止液体に浸漬した状態の円柱状または円筒状の前記気体放出部材を軸芯を中心として定位置回転させることを特徴としている。
　以上のように、請求項１に係る発明の微細気泡生成方法及び請求項６に係る発明の微細気泡生成装置では、相対速度が１［ｍ／ｓｅｃ］以上となるように、気体放出部材の気体放出面に沿って液体を相対移動させながら、気体放出部材から気体を液体内に放出することで、気体放出部材の孔径（モード径）が１．５[μｍ]以下の気体放出孔から放出される気体は、気泡径が１．５μｍ以下の微細気泡に分断されながら液体中に放出され、液体中の微細気泡はゆっくりと収縮しながら、ナノオーダーの微細気泡が生成される。従って、従来のように、気体放出部材に振動を付与する振動付与手段を設ける必要がなく、微細気泡生成装置をコンパクトに小型化することができる。
　また、請求項２に係る発明の微細気泡生成方法及び請求項７に係る発明の微細気泡生成装置は、気体放出孔の孔径分布が、小径側からの累積孔数が総孔数の１０％となる孔径をＤ１０、小径側からの累積孔数が総孔数の５０％となる孔径をＤ５０、小径側からの累積孔数が総孔数の９０％となる孔径をＤ９０としたとき、（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０≦３．０であるので、孔径のバラツキが小さく、気泡径のバラツキが小さいナノオーダーの微細気泡を大量に生成することができる。
　また、気体放出部材の気体放出面に沿って液体を相対移動させるには、請求項３に係る発明の微細気泡生成方法のように、気体放出部材を液体流中に配設することで、気体放出部材の気体放出面に沿って液体を移動させたり、請求項４に係る発明の微細気泡生成方法のように、気体放出部材の気体放出面上に、その気体放出面に液体が接触する状態で液体の流路を設け、その流路に液体を流すことで、気体放出部材の気体放出面に沿って液体を移動させたり、請求項５に係る発明の微細気泡生成方法や請求項９に係る発明の微細気泡生成装置のように、気体放出面である外周面に気体放出孔が開放された円柱状または円筒状の気体放出部材を静止液体に浸漬した状態で軸芯を中心として定位置回転させたりすればよい。
　特に、気体放出部材の気体放出面上に、その気体放出面に液体が接触する状態で液体の流路を設けるには、請求項８に係る発明の微細気泡生成装置のように、気体放出部材の気体放出面との接触面に溝が形成された流路形成部材を、気体放出部材の気体放出面に面接触する状態で気体放出ヘッドに取り付けることで、気体放出部材の気体放出面及び流路形成部材の溝によって囲われた部分を流路として使用すればよい。
この発明に係る微細気泡生成装置の一実施形態を示す概略構成図である。 同上の微細気泡生成装置に搭載されている気体放出ユニットを示す平面図である。 同上の気体放出ユニットを示す底面図である。 図２のＸ－Ｘ線に沿った断面図である。 同上の気体放出ユニットを示す分解断面図である。 同上の気体放出ユニットを構成しているベース部材を示す平面図である。 （ａ）、（ｂ）は、気体放出ユニットを構成している気体放出部材の気体放出面上に設ける流路の変形パターンを示す概略図である。 同上の気体放出部材の変形例を示す斜視図である。 （ａ）、（ｂ）は、筒状の気体放出部材を用いた気体放出ユニットの変形例を示す概略図である。 筒状の気体放出部材を用いた気体放出ユニットの他の変形例を示す概略図である。 同上の微細気泡生成装置の他の実施形態における微細気泡生成部を示す概略図である。 同上の微細気泡生成装置の他の実施形態を示す概略構成図である。 同上の微細気泡生成装置の他の実施形態を示す概略構成図である。 同上の微細気泡生成装置の他の実施形態を示す概略構成図である。
　以下、実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、この発明の微細気泡生成装置の概略構成を示している。同図に示すように、この微細気泡生成装置１は、液体を貯留する貯液槽１０と、この貯液槽１０に貯留された液体を吸い上げて送出する送液ユニット（相対移動手段）２０と、この送液ユニット２０による送液途中の液体に気体を放出する気体放出ユニット３０と、この気体放出ユニット３０によって気体が放出された液体を貯留する貯液槽４０とから構成されている。
　前記送液ユニット２０は、同図に示すように、液体の流路を形成する送液管２１及び送液管２２と、送液管２２部分に設けられた可変流量形の送液ポンプ２３と、送液管２１部分に設けられた、気体放出ユニット３０の負圧度を調整するためのバルブ２４とを備えており、貯液槽１０に貯留された液体が気体放出ユニット３０を通って貯液槽４０に送出されるようになっている。
　前記気体放出ユニット３０は、図１～図６に示すように、円形状の凹部底面３１ａに渦巻状の溝３１ｂが形成された、樹脂成形品であるベース部材（流路形成部材）３１と、このベース部材３１の凹部底面３１ａに下面（気体放出面）が接触した状態で配設される円盤状の気体放出部材３２と、円盤状の気体放出部材３２の上面周縁部に面接触するように配設される円環状のパッキン３３と、円環状のパッキン３３を下方側に押圧した状態でベース部材３１の凹部に嵌着される、樹脂成形品である円形状のキャップ３４とを備えており、渦巻状の溝３１ｂと気体放出部材３２の下面（気体放出面）とによって、気体放出部材３２の下面（気体放出面）に液体が接触する状態で液体の流路ＦＣが形成されると共に、円環状のパッキン３３によって、気体放出部材３２の上面とキャップ３４の下面との間に給気室ＧＲが形成されるようになっている。なお、図６における網掛け表示部分が渦巻状の溝３１ｂを示している。
　前記ベース部材３１には、図５及び図６に示すように、渦巻状の溝３１ｂの中心側の端部を上下に貫通するねじ孔３１ｃが形成されており、このねじ孔３１ｃに螺着された配管継手３５を介して送液ユニット２０の送液管２１の下流側端部が気体放出ユニット３０に接続されるようになっている。
　前記ベース部材３１の側面には、送液ユニット２０の送液管２２の上流側端部が接続されるタケノコ状の配管継手３１ｄが一体成形されており、ベース部材３１の内部には、配管継手３１ｄと渦巻状の溝３１ｂの外側の端部とを繋ぐ流路３１ｅが形成されている。
　従って、貯液槽１０に貯留された液体は、送液ユニット２０の送液管２１から気体放出ユニット３０に送られ、そのベース部材３１の流路ＦＣ及び流路３１ｅを通って送液ユニット２０の送液管２２に送られ、送液管２２から貯液槽４０に送出されるようになっている。
　前記気体放出部材３２は、多孔質アルミナ、多孔質ガラス等の多孔質セラミックスによって形成された通気型の多孔質体からなり、孔径（モード径）が１．５[μｍ]以下の多数の気体放出孔が下面に開放されている。具体的には、気体放出孔の孔径（モード径）が、１．５μｍ、１μｍ、０．８μｍ、０．４μｍ、０．０５μｍ、０．００５μｍの６種類で、それぞれの孔径について、２種類の孔径分布を有する計１２種類の気体放出部材３２を使用した。なお、気体放出孔の孔径分布は、小径側からの累積孔数が総孔数の１０％となる孔径をＤ１０、小径側からの累積孔数が総孔数の５０％となる孔径をＤ５０、小径側からの累積孔数が総孔数の９０％となる孔径をＤ９０としたとき、（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０の値によって評価した。この値が小さいと孔径のバラツキが小さく、大きいと孔径のバラツキが大きいといえる。また、各気体放出部材３２の気体放出孔の孔径（モード径）、Ｄ１０、Ｄ５０、Ｄ９０の値は、各気体放出部材３２から切り出した試験片（２０ｍｍ×５ｍｍ）について、細孔径分布測定装置（多孔質アルミナ製：米国　ＰＯＲＯＵＳ　ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ社製　Ｐｅｒｍ－Ｐｏｒｏｍｅｔｅｒ、多孔質ガラス製：西華デジタルイメージ株式会社製　Ｎａｎｏ－ＰｅｒｍＰｏｒｏｍｅｔｅｒ）を用いてガス吸着法により細孔径分布を３回ずつ測定し、それらを平均した分布表により求めた。
　前記キャップ３４には、その中心を上下に貫通するねじ孔３４ａが形成されており、このねじ孔３４ａに螺着された配管継手３６を介して、給気室ＧＲに各種気体を供給するための給気管を接続することができるようになっている。なお、後述する各実施例では、気体として空気を使用しているので、特に給気管を接続することなく、配管継手３６を大気に開放している。
　以上のように構成された微細気泡生成装置１において、貯液槽１０内に液体を導入して送液ポンプ２３を運転すると、貯液槽１０内の液体が気体放出ユニット３０の流路ＦＣを通って貯液槽４０に送出されるが、送液ポンプ２３の吸込側に位置している気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内は負圧になっているので、この負圧によって気体放出部材３２の下面に開放された気体放出孔から流路ＦＣを通過する液体内に空気が吸い出される。ポンプ流量を、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の液体流速が１［ｍ／ｓｅｃ］以上となるように調整しておくと、気体放出部材３２の気体放出孔から流路ＦＣを通過する液体内に吸い出される空気は、流路ＦＣを流れる液体流によって、１．５μｍ以下の微細気泡に分断され、この微細気泡がゆっくりと収縮しながらナノオーダーの微細気泡が生成され、ナノオーダーの微細気泡を含む液体が貯液槽４０に貯留される。
　以下、上述した微細気泡生成装置１を用いて純水中に空気の微細気泡を生成する本発明の実施例１～１９及び比較例１～７について、表１を参照しながら説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではないことはいうまでもない。
　（実施例１）
　表２に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が１．５μｍ、孔径分布（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０が２．８９８のものを使用し、貯液槽１０内に純水を導入して、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速が２［ｍ／ｓｅｃ］となるようにポンプ流量を調整した状態で送液ポンプ２３を運転することで、純水中に空気の微細気泡を生成した。
　（実施例２）
　表２に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が１μｍ、孔径分布（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０が２．５９１のものを使用した点を除いて、実施例１と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
　（実施例３）
　表２に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が０．８μｍ、孔径分布（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０が２．２６８のものを使用した点を除いて、実施例１と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
　（実施例４）
　表２に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が０．４μｍ、孔径分布（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０が１．５５３のものを使用した点を除いて、実施例１と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
　（実施例５）
　表２に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が０．０５μｍ、孔径分布（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０が１．２０６のものを使用した点を除いて、実施例１と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
　（実施例６）
　表２に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が０．００５μｍ、孔径分布（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０が１．０２５のものを使用した点を除いて、実施例１と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
　（実施例７）
　表２に示すように、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速が１［ｍ／ｓｅｃ］となるようにポンプ流量を調整した点を除いて、実施例４と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
　（実施例８）
　表２に示すように、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速が３［ｍ／ｓｅｃ］となるようにポンプ流量を調整した点を除いて、実施例４と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
　（実施例９）
　表２に示すように、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速が５［ｍ／ｓｅｃ］となるようにポンプ流量を調整した点を除いて、実施例４と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
　（実施例１０）
　表２に示すように、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速が１０［ｍ／ｓｅｃ］となるようにポンプ流量を調整した点を除いて、実施例４と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
　（実施例１１）
　表２に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が１．５μｍ、孔径分布（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０が８．４７４のものを使用した点を除いて、実施例１と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
　（実施例１２）
　表２に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が１μｍ、孔径分布（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０が９．６１１のものを使用した点を除いて、実施例２と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
　（実施例１３）
　表２に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が０．８μｍ、孔径分布（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０が４．８９３のものを使用した点を除いて、実施例３と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
　（実施例１４）
　表２に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が０．４μｍ、孔径分布（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０が７．４７４のものを使用した点を除いて、実施例４と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
　（実施例１５）
　表２に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が０．０５μｍ、孔径分布（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０が３．９８０のものを使用した点を除いて、実施例５と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
　（実施例１６）
　表２に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が０．４μｍ、孔径分布（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０が７．４７４のものを使用した点を除いて、実施例７と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
　（実施例１７）
　表２に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が０．４μｍ、孔径分布（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０が７．４７４のものを使用した点を除いて、実施例８と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
　（実施例１８）
　表２に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が０．４μｍ、孔径分布（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０が７．４７４のものを使用した点を除いて、実施例９と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
　（実施例１９）
　表２に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が０．４μｍ、孔径分布（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０が７．４７４のものを使用した点を除いて、実施例１０と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
　（比較例１）
　表２に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が２μｍ、孔径分布（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０が２．７３４のものを使用し、貯液槽１０内に純水を導入して、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速が５［ｍ／ｓｅｃ］となるようにポンプ流量を調整した状態で送液ポンプ２３を運転することで、純水中に空気の微細気泡を生成した。
　（比較例２）
　表２に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が２．５μｍ、孔径分布（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０が２．６４９のものを使用した点を除いて、比較例１と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
　（比較例３）
　表２に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が５μｍ、孔径分布（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０が２．９８１のものを使用した点を除いて、比較例１と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
　（比較例４）
　表２に示すように、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速が０．８［ｍ／ｓｅｃ］となるようにポンプ流量を調整した点を除いて、実施例４と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
　（比較例５）
　表２に示すように、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速が０．５［ｍ／ｓｅｃ］となるようにポンプ流量を調整した点を除いて、実施例４と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
　（比較例６）
　表２に示すように、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速が０．３［ｍ／ｓｅｃ］となるようにポンプ流量を調整した点を除いて、実施例４と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
　（比較例７）
　表２に示すように、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速が０．１［ｍ／ｓｅｃ］となるようにポンプ流量を調整した点を除いて、実施例４と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
　上述した実施例１～１９、比較例１～７によって得られた生成水を１５分間静置した後、撹拌棒にて軽く掻き混ぜて、生成水中に含まれる気泡のモード径、Ｄ９０、Ｄ５０、Ｄ１０及び個数をナノ粒子解析システム（マルバーン製　ナノサイト　ＬＭ１０）を用いて５回測定し、その平均値を表１に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　気体放出孔の孔径（モード径）が１．５μｍ以下で、孔径分布のバラツキが小さい（（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０≦３）気体放出部材３２を使用し、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速が１［ｍ／ｓｅｃ］以上となるようにポンプ流量を調整した実施例１～１０で得られた生成水には、気泡径（モード径）が１００ｎｍ前後で、気泡径分布のバラツキが小さい（（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０≦３）微細気泡が１０８個のオーダーで大量に生成されていたことが表１から確認できた。
　また、気体放出孔の孔径（モード径）が１．５μｍ以下であるが、孔径分布のバラツキが大きい（（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０＞３）気体放出部材３２を使用し、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速が１［ｍ／ｓｅｃ］以上となるようにポンプ流量を調整した実施例１１～１９では、気泡径（モード径）が１００ｎｍ～１７０ｎｍ程度で、気泡径分布のバラツキが大きい（（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０＞３）微細気泡が１０５～１０８個のオーダーで生成されており、生成される微細気泡は、実施例１～１０に比べて、気泡径（モード径）に幅があり、気泡径分布もバラツキが大きく、生成個数も少ないことが分かる。
　一方、気体放出孔の孔径（モード径）が１．５μｍを超える気体放出部材３２を使用した比較例１～３では、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速が１［ｍ／ｓｅｃ］を大きく上回る５［ｍ／ｓｅｃ］であっても、生成される微細気泡は、気泡径（モード径）が１６０ｎｍ～１８０ｎｍ程度で比較的大きく、生成個数も１０２～１０４個のオーダーで極めて少ないことが確認できた。
　また、気体放出孔の孔径（モード径）が０．４μｍと１．５μｍを大きく下回っているが、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速が１［ｍ／ｓｅｃ］を下回っている比較例４～７では、生成される微細気泡は、気泡径（モード径）が９０ｎｍ～１８０ｎｍ程度で幅があり、生成個数も１０２～１０４個のオーダーで極めて少ないことが確認できた。
　以上の結果から、気泡径（モード径）が１００ｎｍ～１７０ｎｍ程度の微細気泡を１０５個以上のオーダーで生成するためには、気体放出孔の孔径（モード径）が１．５μｍ以下の気体放出部材３２を使用し、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速を１［ｍ／ｓｅｃ］以上に調整する必要があり、気泡径（モード径）が１００ｎｍ前後で、気泡径分布のバラツキが小さい（（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０≦３）微細気泡を１０８個のオーダーで大量に生成するためには、さらに、使用する気体放出部材３２の気体放出孔の孔径分布（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０を３以下に押える必要がある。
　なお、上述した実施形態では、気体放出部材３２の気体放出面（下面）に沿って液体を移動させるために気体放出面上に渦巻状の流路ＦＣを設けているが、これに限定されるものではなく、例えば、図７（ａ）に示すように、気体放出面上を横断または縦断する直線状の流路ＦＣを複数本設けたり、同図（ｂ）に示すように、気体放出面上を両端部で交互に反転する１本の流路ＦＣを設けたりしてもよい。
　また、上述した実施形態では、円盤状の気体放出部材３２を使用しているが、これに限定されるものではなく、例えば、図８に示すように、円筒状の気体放出部材３２Ａを使用することも可能である。こういった円筒状の気体放出部材３２Ａを使用する場合は、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、両端部を閉塞して中空部分を気体が導入される給気室にすると共に、内周面に１本の螺旋状の溝（同図（ａ）参照）や軸方向に伸びる複数本の直線状の溝（同図（ｂ）参照）が形成された円筒状の流路形成部材３１Ａ、３１Ｂをその内周面が円筒状の気体放出部材３２Ａの外周面と接触する状態で取り付け、螺旋状の溝や直線状の溝と気体放出部材３２Ａの外周面とによって液体の流路ＦＣを形成するようにしてもよく、逆に、図１０に示すように、円筒状の気体放出部材３２Ｂの中空部分を液体の流路とし、気体放出部材３２Ｂの外周部分を同図に二点鎖線で示す円筒体３７によって覆うことで、気体放出部材３２Ｂの外周面側に気体が導入される給気室ＧＲを形成するようにしてもよい。
　また、上述した各実施形態では、円盤状の気体放出部材３２の下面や円筒状の気体放出部材３２Ａの外周面に流路形成部材３１、３１Ａ、３１Ｂを取り付けることによって液体の流路ＦＣを形成したり、円筒状の気体放出部材３２Ｂの中空部分を液体の流路として使用したりしているが、これに限定されるものではなく、例えば、図１１に示すように、外表面が気体放出面となる気体放出部材３２Ｃを液体流中に配設することで、気体放出部材３２Ｃの外表面（気体放出面）に沿って液体を移動させたり、図１２に示すように、外周面が気体放出面となる円柱状または円筒状の気体放出部材３２Ｄを静止液体に浸漬した状態で、軸芯を中心として定位置回転させることで、気体放出部材３２Ｄの外周面（気体放出面）に沿って液体を相対移動させたりしてもよい。
　また、上述した各実施形態では、送液ポンプ２３の吸込側に気体放出ユニット３０を配置しているが、これに限定されるものではなく、例えば、図１３に示す微細気泡生成装置２のように、送液ポンプ２３の吐出側に気体放出ユニット３０を配置することも可能である。ただし、この場合は、送液ポンプ２３を運転すると、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内は正圧になるので、気体放出ユニット３０の配管継手３６に送気管３８を接続すると共に送気管３８に送気ポンプ３９を設け、この送気ポンプ３９の吐出圧により、気体放出部材３２の気体放出面から流路ＦＣを流れる液体に気体を押し出すようにしておく必要がある。
　また、上述した各実施形態では、貯液槽１０内の液体を気体放出ユニット３０の流路ＦＣに通して貯液槽４０に送出するようになっているが、これに限定されるものではなく、例えば、図１４に示す微細気泡生成装置３のように、貯液槽１０内の液体を気体放出ユニット３０の流路ＦＣに通して貯液槽１０に戻すようにしてもよい。
　本発明の微細気泡生成方法及び微細気泡生成装置は、各種気体をナノオーダーの微細気泡として各種液体中に効率よく生成することができるので、液体及び液体内に微細気泡として存在させる気体を適宜選択することによって、工場廃液処理、洗浄、殺菌、消毒、生鮮商品の鮮度保持、魚介類の養殖といった各種分野において利用することができる。
　１、２、３　微細気泡生成装置
　１０、４０　貯液槽
　２０　送液ユニット（相対移動手段）
　２１、２２　送液管
　２３　送液ポンプ
　２４　バルブ
　３０　気体放出ユニット
　３１　ベース部材（流路形成部材）
　３１Ａ、３１Ｂ　流路形成部材
　３１ａ　凹部底面
　３１ｂ　溝
　３１ｃ　ねじ孔
　３１ｄ　配管継手
　３１ｅ　流路
　３２、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ　気体放出部材
　３３　パッキン
　３４　キャップ
　３４ａ　ねじ孔
　３５、３６　配管継手
　３７　円筒体
　３８　送気管
　３９　送気ポンプ
　ＦＣ　流路
　ＧＲ　給気室

Claims (9)

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