WO2020138248A1 - ウルトラファインバブル製造器及びウルトラファインバブル水製造装置 - Google Patents

Abstract

ウルトラファインバブル水製造装置１は、渦巻ポンプ３、エジェクタ４、カスケードポンプ６、カスケードポンプ６の下流側の分岐部Ｐ、分岐部Ｐからエジェクタ４とカスケードポンプ６の間に連なる戻し通路７、戻し通路７に介設された流量調整弁９及び第１ウルトラファインバブル製造器２Ａ、分岐部Ｐに連なる排出経路８、排出経路８に介設された第２ウルトラファインバブル製造器２Ｂ及び制御装置１３を備える。制御装置１３は、排出経路８の濃度計１０と、カスケードポンプ６の下流側と上流側の第１及び第２圧力計１１，１２の測定値に基づいて、空気量調整弁５、渦巻ポンプ３、カスケードポンプ６及び流量調整弁９を調節する。

Description

ウルトラファインバブル製造器及びウルトラファインバブル水製造装置

　本発明は、液体中に気体のウルトラファインバブルを形成するウルトラファインバブル製造器と、これを用いたウルトラファインバブル水製造装置に関する。

　ウルトラファインバブルは、径が１μｍ以下の気泡であり、可視光の波長よりも小さいため、液体中に形成されても視認できない。また、ウルトラファインバブルは、径が１μｍを超える気泡であるマイクロバブルと比較して、浮上速度が小さく、液体中に長時間滞在することができる。更に、ウルトラファインバブルは、マイクロバブルと比較して表面積が大きく、自己加圧効果を有し、マイナス電荷の帯電作用を有する。これらのような特徴を利用して、農業、工業、水産業等の種々の分野において、様々な目的のために、ウルトラファインバブルが活用されている。

　このようなウルトラファインバブルを製造する製造装置として、従来、直径が１０～５０μｍ程度のマイクロバブルに超音波を照射し、マイクロバブルを圧壊して微細化することによりウルトラファインバブルを製造するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

　特許文献１に記載されたウルトラファインバブル製造装置は、バブル発生部でマイクロバブル含有水が製造され、このマイクロバブル含有水が貯留部に一旦貯留される。貯留部に貯留されたマイクロバブル含有水は、静置されることにより、この貯留部の下部に径の小さいバブルが集められる。この径の小さいマイクロバブル含有水が貯留部の下部から取り出され、圧壊部に導かれて、この圧壊部で超音波が照射される。超音波が照射されたマイクロバブルは圧壊し、微細化され、ウルトラファインバブルが製造される。超音波は、圧壊部を形成する通路の一方の側面に設けられた超音波発生部から、この通路を流れるマイクロバブル含有水に照射されるようになっている。

特開２０１４－２００７６２号公報

　しかしながら、特許文献１に記載のウルトラファインバブル製造装置は、超音波発生部と、この超音波発生部のための電源装置と制御装置が必要であるので、装置構成が複雑であり、装置が比較的大型かつ高価になる不都合がある。また、圧壊部では、通路を流れるマイクロバブル含有水に一方の側から照射した超音波でバブルを圧壊してウルトラファインバブルを製造するので、ウルトラファインバブルの製造効率が比較的低く、また、ウルトラファインバブルの径が均一になり難いという問題がある。また、貯留部にマイクロバブル含有水を静置して径の小さいバブルを貯留部の下部に集める工程と、貯留部の下部からマイクロバブル含有水を取り出す工程は、いずれも連続して実行できず、バッチ工程になる。したがって、ウルトラファインバブルの製造が断続的になり、製造効率が低いという問題がある。

　そこで、本発明の課題は、装置構成の比較的簡易なウルトラファインバブル製造器及びウルトラファインバブル水製造装置を提供することにある。また、ウルトラファインバブルの製造効率が比較的高く、均一な径のウルトラファインバブルを作製できるウルトラファインバブル製造器及びウルトラファインバブル水製造装置を提供することにある。

　上記課題を解決するため、本発明のウルトラファインバブル製造器は、水中に含有された気体のウルトラファインバブルを製造するためのウルトラファインバブル製造器であって、
　円形断面を有するケーシングと、
　上記ケーシングの一端に接続され、上記ケーシングと同軸上に延在し、水と気体の混合流体を供給する供給管と、
　上記ケーシング内に少なくとも一部が収容され、上記供給管からケーシング内に供給された上記混合流体の旋回流を形成する複数の旋回流形成部を含み、これらの旋回流形成部で形成された旋回流を互いに衝突させて、上記混合流体の気体を微細化してウルトラファインバブル水を生成する微細化ブロックと、
　上記ケーシングの他端側に配置され、上記微細化ブロックで生成されたウルトラファインバブル水を上記ケーシングの外に排出する排出管と
　を備えることを特徴としている。

　上記構成によれば、ケーシングと、供給管と、排出管と、上記ケーシング内に収容された微細化ブロックとで構成されたウルトラファインバブル製造器は、容易に小型化が可能である。また、このウルトラファインバブル製造器の微細化ブロックは、混合流体の旋回流を形成する複数の旋回流形成部を含み、これらの旋回流形成部で形成された旋回流を互いに衝突させて、混合流体の気体を微細化してウルトラファインバブル水を生成するように構成される。したがって、超音波発生部等を用いることなく、少ない部品構成でウルトラファインバブル水を作製できるので、ウルトラファインバブル製造器を比較的小型にでき、また、安価に作製できる。また、微細化ブロックにおいて、複数の旋回流形成部で旋回流を形成する工程と、複数の旋回流を互いに衝突させて混合流体の気体を微細化する工程は、連続的に行うことができる。したがって、バッチ工程を行う従来の装置よりも、効率的にウルトラファインバブルを製造できる。また、複数の旋回流を互いに衝突させて混合流体の気体を微細化することにより、従来よりも均一な径のウルトラファインバブルを効率的に製造できる。

　一実施形態のウルトラファインバブル製造器は、上記微細化ブロックが、上記ケーシングと同軸の旋回軸回りに混合流体の旋回流を形成する上記旋回流形成部としての第１旋回室と、この第１旋回室よりも上記供給管から遠い側に形成され、上記ケーシングと同軸の旋回軸回りに、上記第１旋回室で形成される旋回流と反対向きに旋回する混合流体の旋回流を形成する上記旋回流形成部としての第２旋回室と、上記第１旋回室で形成された混合流体の旋回流と上記第２旋回室で形成された混合流体の旋回流とを衝突させる衝突室と、この衝突室で混合流体の旋回流が衝突してなるウルトラファインバブル水を排出管側に導く排出通路とを含み、
　上記排出管は、上記排出通路に連通するように上記微細化ブロックに連結され、上記微細化ブロックを上記ケーシング内に支持している。

　上記実施形態によれば、ケーシング内の微細化ブロックが、上記ケーシングと同軸の旋回軸回りに混合流体の旋回流を形成する第１旋回室と、この第１旋回室よりも上記供給管から遠い側に形成され、上記ケーシングと同軸の旋回軸回りに、上記第１旋回室で形成される旋回流と反対向きに旋回する混合流体の旋回流を形成する第２旋回室と、上記第１旋回室で形成された混合流体の旋回流と上記第２旋回室で形成された混合流体の旋回流とを衝突させる衝突室と、この衝突室で混合流体の旋回流が衝突してなるウルトラファインバブル水を排出管側に導く排出通路とを含んで形成されるので、ウルトラファインバブル製造器を小型にできる。また、上記排出管は、上記微細化ブロックの排出通路に連通するように上記微細化ブロックに連結され、この微細化ブロックを上記ケーシング内に支持するので、簡易な構造でケーシング内に微細化ブロックを収容できる。

　一実施形態のウルトラファインバブル製造器は、上記微細化ブロックが、
　上記第１旋回室と、この第１旋回室の一端側へケーシング内の混合流体を第１旋回室の接線方向に導入する第１導入路と、上記第１旋回室の他端に形成されて旋回流を吐出する第１吐出孔とを有する第１ブロック部品と、
　上記第１ブロック部品に結合され、上記第２旋回室と、この第２旋回室の一端側へケーシング内の混合流体を第２旋回室の接線方向に導入する第２導入路と、上記第２旋回室の他端に形成されて上記第１ブロック部品の第１吐出孔と対向して旋回流を吐出する第２吐出孔と、上記第１ブロック部品に結合されて第１ブロック部品との間に形成される衝突室に面する衝突室表面と、この衝突室表面に形成され、上記衝突室のウルトラファインバブル水を上記排出通路に流入させる流入口と、上記第１ブロック部品が連結された側と反対側の端面に形成され、上記排出通路を流れたウルトラファインバブル水を排出する排出口とを有する第２ブロック部品と
を含んで形成されている。

　上記実施形態によれば、微細化ブロックが、第１ブロック部品と第２ブロック部品が結合されて形成される。上記第１ブロック部品は、第１旋回室と、この第１旋回室の一端側へケーシング内の混合流体を第１旋回室の接線方向に導入する第１導入路と、上記第１旋回室の他端に形成されて旋回流を吐出する第１吐出孔とを有する。また、上記第２ブロック部品は、第２旋回室と、この第２旋回室の一端側へケーシング内の混合流体を第２旋回室の接線方向に導入する第２導入路と、上記第２旋回室の他端に形成されて上記第１ブロック部品の第１吐出孔と対向して旋回流を吐出する第２吐出孔とを有する。更に、上記第２ブロック部品が、上記第１ブロック部品に結合されて第１ブロック部品との間に形成される衝突室に面する衝突室表面と、この衝突室表面に形成された流入口と上記第１ブロック部品が連結された側と反対側の端面に形成された排出口との間に延在する排出通路とを有する。このように形成された第１ブロック部品と第２ブロック部品により、小型の微細化ブロックを構成することができる。

　一実施形態のウルトラファインバブル製造器は、上記第１導入路と第２導入路は、上記微細化ブロックの軸直角面に対して傾斜して形成されている。

　上記実施形態によれば、微細化ブロックの軸直角面に対して傾斜した第１導入路を通して混合流体を第１旋回室に導入することにより、第１旋回室内に、第１吐出孔に向かって旋回する旋回流を効果的に生成することができる。また、微細化ブロックの軸直角面に対して傾斜した第２導入路を通して混合流体を第２旋回室に導入することにより、第２旋回室内に、第２吐出孔に向かって旋回する旋回流を効果的に生成することができる。これにより、第１旋回室の第１吐出口と第２旋回室の第２吐出口との間に位置する衝突室で、第１旋回室からの旋回流と、第２旋回室からの旋回流を、強く衝突させることができ、その結果、各旋回流に含まれる気体のバブルを効果的に微細化して、気体のウルトラファインバブルを効率的に製造することができる。

　一実施形態のウルトラファインバブル製造器は、上記微細化ブロックが、上記ケーシングと同軸方向に形成されて上記混合流体が導かれる処理流路と、この処理流路の上流端に上記混合流体を中心軸の偏心方向に導入して旋回流を形成する上記旋回流形成部としての第１偏心供給路と、上記処理流路の上記第１偏心供給路よりも下流側に上記混合流体を中心軸の上記第１偏心供給路と反対向きの偏心方向に導入し、上記第１偏心供給路で形成された旋回流に反対向きの旋回流を生成して衝突させる上記旋回流形成部としての第２偏心供給路とを含み、
　上記排出管は、上記微細化ブロックの処理流路の下流端に連結されている。

　上記実施形態によれば、微細化ブロックが、ケーシングと同軸方向に形成されて上記混合流体が導かれる処理流路を含む。この処理流路の上流端に、混合流体を中心軸の偏心方向に導入して旋回流を形成する旋回流形成部としての第１偏心供給路が連通している。上記処理流路の上記第１偏心供給路よりも下流側に、混合流体を中心軸の上記第１偏心供給路と反対向きの偏心方向に導入する旋回流形成部としての第２偏心供給路が連通している。この第２偏心供給路により、上記第１偏心供給路で形成された旋回流に反対向きの旋回流を生成して衝突させることにより、混合流体に含まれる気体のバブルを効果的に微細化して、気体のウルトラファインバブルが生成される。このように、微細化ブロックが、処理流路と、第１偏心供給路と、第２偏心供給路を含んで構成されるので、ウルトラファインバブル製造器を小型にできる。

　本発明の他の側面によれば、上記ウルトラファインバブル製造器を用いて形成されたウルトラファインバブル水製造装置であって、
　原料水を圧送する第１ポンプと、
　上記第１ポンプから圧送された原料水に気体を混合して混合流体を形成する混合器と、
　上記混合器の下流側に設けられた第２ポンプと、
　上記第２ポンプの下流側で混合流体を２つの経路に分岐する分岐部と、
　上記分岐部に接続され、流量調整弁と、第１の上記ウルトラファインバブル製造器とが介設され、この第１ウルトラファインバブル製造器で製造された気体のウルトラファインバブルを含有する水を上記混合器と第２ポンプの間に戻す戻し経路と、
　上記分岐部に接続され、第２の上記ウルトラファインバブル製造器が介設され、この第２ウルトラファインバブル製造器で製造された気体のウルトラファインバブルを含有する水を排出する排出経路と
を備えることを特徴としている。

　上記構成によれば、原料水が第１ポンプで圧送され、混合器によって原料水に気体が混合される。この混合器の下流側の第２ポンプにより圧送された混合流体が、分岐部で２つの経路に分かれる。分岐部に接続された戻し経路では、流量調整弁が開いているとき、第２ポンプから圧送された混合流体の一部が第１ウルトラファインバブル製造器に導かれ、混合流体中の気体が微細化されてウルトラファインバブルが形成される。この気体のウルトラファインバブルを含有する水は、混合器と第２ポンプの間に戻され、混合器からの混合流体と合流して第２ポンプに吸引される。一方、分岐部に接続された排出経路では、第２ポンプから圧送された混合流体の一部が第２ウルトラファインバブル製造器に導かれ、混合流体中の気体が微細化されてウルトラファインバブルが形成される。この気体のウルトラファインバブルを含有する水は、排出経路の下流側から排出され、所望の目的に供される。また、戻し経路の流量調整弁が閉じているとき、第２ポンプから圧送された混合流体の全部が第２ウルトラファインバブル製造器に導かれ、気体のウルトラファインバブルが形成され、この気体のウルトラファインバブルを含有する水が排出経路を通じて排出される。流量調整弁の開度を調整することにより、第１ウルトラファインバブル製造器で形成されて第２ポンプに戻される気体のウルトラファインバブルを含む水の量を調整できる。したがって、排出経路から排出される水における気体のウルトラファインバブルの粒径や濃度を、効果的に調整することができる。

　一実施形態のウルトラファインバブル水製造装置は、上記ウルトラファインバブル製造器を用いて形成されたウルトラファインバブル水製造装置であって、
　気体が原料水に混合されてなる混合流体を圧送する第１ポンプと、
　上記第１ポンプの吐出側と吸入側との間に接続され、上記第１ポンプから吐出された混合流体に気体を混合して上記第１ポンプの吸入側に戻す混合器と、
　上記第１ポンプの下流側に設けられた上記ウルトラファインバブル製造器と、
　上記ウルトラファインバブル製造器の下流側に接続された第２ポンプと、
　上記第２ポンプの下流側に接続された気液分離器と、
　上記気液分離器で分離された液体を排出する排出経路と
を備える。

　上記実施形態によれば、気体が原料水に混合されてなる混合流体が第１ポンプで圧送される。この第１ポンプから吐出された混合流体の一部は、上記第１ポンプの吐出側と吸入側との間に接続された混合器に導かれ、この混合器により、混合流体に気体が混合される。混合器で気体が混合された混合流体は、上記第１ポンプの吸入側に戻される。上記第１ポンプから吐出された混合流体の他の部分は、下流側に設けられたウルトラファインバブル製造器に導かれ、混合流体中の気体が微細化されてウルトラファインバブルが形成される。このウルトラファインバブルを含有する水は、ウルトラファインバブル製造器の下流側に接続された第２ポンプに吸引され、この第２ポンプの下流側に接続された気液分離器に向かって吐出される。気液分離器に導かれたウルトラファインバブルを含有する水は、この水と共に導かれた気体が分離さる。気液分離器で気体が分離されて残った液体であるウルトラファインバブルを含有する水が、排出経路を通って排出される。第１ポンプと第２ポンプの間にウルトラファインバブル製造器を介設し、主に第２ポンプの動作を調節することにより、ウルトラファインバブルを含有する水の生成量を安定させることができる。

　一実施形態のウルトラファインバブル水製造装置は、上記第２ポンプが、カスケードポンプである。

　上記実施形態によれば、第２ポンプとしてカスケードポンプを用いることにより、気体のウルトラファインバブルを含有する水を、安定して生成することができる。

　一実施形態のウルトラファインバブル水製造装置は、上記混合器が原料水又は混合流体へ混合する気体の量を調整する気体量調整弁を備える。

　上記実施形態によれば、気体量調整弁により、混合器が原料水又は混合流体へ混合する気体の量を調整することにより、製造されるウルトラファインバブル水のウルトラファインバブルの濃度を調整することができる。

　一実施形態のウルトラファインバブル水製造装置は、上記排出経路から排出される水のウルトラファインバブル濃度を測定する濃度計と、
　上記濃度計の測定値に基づいて、上記気体量調整弁と、上記第２ポンプと、上記流量調整弁を制御する制御装置と
を備える。

　上記実施形態によれば、排出経路から排出される水のウルトラファインバブル濃度が濃度計で測定され、この測定値に基づいて、制御装置により、上記気体量調整弁と、上記第２ポンプと、上記流量調整弁が制御される。これにより、排出通路から排出される水のウルトラファインバブル濃度を、安定して所定の値に調整することができる。

　一実施形態のウルトラファインバブル水製造装置は、
　上記排出経路から排出されるべきバブル水のバブルの径及び濃度と流量とが入力される入力部と、
　上記入力部に接続されていると共に、上記第１ポンプと、上記第２ポンプと、上記流量調整弁と、上記気体量調整弁に接続された制御装置と、
　上記制御装置に格納され、上記第１ポンプの負荷と、上記第２ポンプの負荷と、上記流量調整弁の開度と、上記気体量調整弁の開度とが夫々取り得る値と、これらの値に対応して、上記排出経路から排出されるバブル水のバブルの径及び濃度と流量とが格納されたテーブルとを備え、
　上記制御装置は、上記入力部に入力された値に基づいて、上記テーブルを参照して上記第１ポンプの負荷と、上記第２ポンプの負荷と、上記流量調整弁の開度と、上記気体量調整弁の開度との目標値を抽出し、これらの目標値となるように、上記第１ポンプと、上記第２ポンプと、上記流量調整弁と、上記気体量調整弁とを制御する。

　上記実施形態によれば、入力部に、排出経路から排出されるべきバブル水のバブルの径及び濃度と流量とが入力される。制御装置は、入力部に接続され、この入力部から情報を受け取る。また、制御装置は、第１ポンプと、第２ポンプと、流量調整弁と、気体量調整弁に接続され、これらを制御する。この制御装置に格納されたテーブルには、上記第１ポンプの負荷と、上記第２ポンプの負荷と、上記流量調整弁の開度と、上記気体量調整弁の開度とが夫々取り得る値と、これらの値に対応して、上記排出経路から排出されるバブル水のバブルの径及び濃度と流量とが格納されている。この制御装置は、入力部にバブル水のバブルの径及び濃度と流量とが入力されると、これらの入力された値に基づいて、上記テーブルを参照して上記第１ポンプの負荷と、上記第２ポンプの負荷と、上記流量調整弁の開度と、上記気体量調整弁の開度との目標値を抽出する。続いて、上記制御装置は、上記目標値となるように、上記第１ポンプと、上記第２ポンプと、上記流量調整弁と、上記気体量調整弁とを制御する。その結果、上記排出経路から、入力部に入力された径及び濃度のバブルを含むと共に、入力された流量のバブル水が製造される。

本発明の第１実施形態のウルトラファインバブル水製造装置を示す模式図である。 本発明の実施形態のウルトラファインバブル製造器の縦断面図である。 図２の矢視Ｂによるウルトラファインバブル製造器の横断面図である。 図２の矢視Ｃによるウルトラファインバブル製造器の横断面図である。 ウルトラファインバブル製造器の第１ブロックを示す断面図である。 ウルトラファインバブル製造器の第２ブロックを示す断面図である。 他のウルトラファインバブル製造器を示す縦断面図である。 図７の矢視Ｄによるウルトラファインバブル製造器の横断面図である。 図７の矢視Ｅによるウルトラファインバブル製造器の横断面図である。 第２実施形態のウルトラファインバブル水製造装置を示す模式図である。 第３実施形態のウルトラファインバブル水製造装置を示す模式図である。

　以下、本発明の実施形態を、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

　本発明の実施形態のウルトラファインバブル水製造装置は、本発明の実施形態のウルトラファインバブル製造器を備え、水に、気体としての空気のウルトラファインバブルを添加してウルトラファインバブル水を製造するものである。第１実施形態のウルトラファインバブル水製造装置１は、図１に示すように、水道水等の原料水が、矢印Ｗで示すように供給され、この供給された水に空気のウルトラファインバブルを添加して、矢印Ｚで示すように排出する。ウルトラファインバブルとは、径が１μｍ以下の気泡である。径が１μｍ～１００μｍの気泡は、マイクロバブルである。本実施形態のウルトラファインバブル水製造装置１及びウルトラファインバブル製造器は、ウルトラファインバブルのみを形成するほか、ウルトラファインバブルとマイクロバブル、又は、マイクロバブルのみを形成することも可能である。

　ウルトラファインバブル水製造装置１は、原料水を圧送する第１ポンプとしての渦巻ポンプ３と、この渦巻ポンプ３から圧送された原料水に空気を混合する混合器としてのエジェクタ４と、このエジェクタ４の下流側に設けられた第２ポンプとしてのカスケードポンプ６を備える。また、上記カスケードポンプ６の下流側を２つの経路に分岐する分岐部Ｐと、上記分岐部Ｐに接続されて下流側がエジェクタ４とカスケードポンプ６の間に合流する戻し経路７と、上記分岐部Ｐに接続されてウルトラファインバブル水を排出する排出経路８を備える。上記戻し経路７には、流量調整弁９と、第１のウルトラファインバブル製造器２Ａが介設されている。上記排出経路８には、第２のウルトラファインバブル製造器２Ｂが介設されている。また、上記排出経路８の下流側には、この排出経路８から排出される水に含まれるバブルの濃度を測定する濃度計１０が設けられている。濃度計１０は、ウルトラファインバブルの濃度とマイクバブルの濃度とを区別して測定できるものが好ましい。また、エジェクタ４とカスケードポンプ６の間であって、戻し経路７の合流位置よりも上流側に、第１圧力計１１が設けられている。また、カスケードポンプ６の吐出側に、第２圧力計１２が設けられている。このウルトラファインバブル水製造装置１は、各部の動作を制御する制御装置１３を備える。

　上記渦巻ポンプ３は、エジェクタ４による空気の混合機能を発揮すると共に、カスケードポンプ６と協調してウルトラファインバブル水の製造量を調整する。渦巻ポンプとしては、水中ポンプ等を用いることができる。また、第１ポンプとしては、渦巻ポンプ以外に、例えばプランジャポンプ等の他のポンプを用いることができるが、容積ポンプや遠心ポンプを用いるのが好ましい。

　エジェクタ４は、渦巻ポンプ３から吐出される原料水に、矢印Ａで示すように空気を吸引して混合して水と空気の混合流体を形成する。エジェクタ４には、空気を取り入れる吸気管に、気体量調整弁としての空気量調整弁５が連結されている。この空気量調整弁５で空気の吸入量を調整することにより、エジェクタ４により原料水に混合される空気の量を調整するようになっている。

　カスケードポンプ６は、第１ウルトラファインバブル製造器２Ａと第２ウルトラファインバブル製造器２Ｂに混合流体を圧送することにより、ウルトラファインバブル製造器２Ａ，２Ｂのウルトラファインバブルの製造機能を発揮させる。第２ポンプとしては、カスケードポンプ６以外に、例えば渦巻ポンプ等の他のポンプを用いてもよいが、遠心ポンプを用いるのが好ましい。

　図２は、本実施形態のウルトラファインバブル製造器２を示す模式縦断面図である。図３は、図２の矢視Ｂにおける断面図であり、図４は、図２の矢視Ｃにおける断面図である。図２乃至４のウルトラファインバブル製造器２は、第１ウルトラファインバブル製造器２Ａと第２ウルトラファインバブル製造器２Ｂの構造を示している。

　このウルトラファインバブル製造器２は、供給管２５で供給される水と空気の混合流体を微細化し、空気のウルトラファインバブルを含有するウルトラファインバブル水を形成して、このウルトラファインバブル水を排出管２６から排出するものである。

　ウルトラファインバブル製造器２は、概ね円筒形状のケーシング２４と、このケーシング２４の一端に接続されてケーシング２４の内部に連通する供給管２５と、上記ケーシング２４の他端に接続された排出管２６と、上記ケーシング２４内に収容されて排出管２６の端部に接続された微細化ブロック２８を有する。上記排出管２６は、上記ケーシング２４の他端部を貫通して端部が内部に挿入されており、この排出管２６の先端に連結された微細化ブロック２８をケーシング２４内に支持している。

　微細化ブロック２８は円筒形状を有し、内部に、水と空気の混合流体が導かれる旋回流形成部としての第１旋回室３１と第２旋回室３３が形成されている。第１旋回室３１と第２旋回室３３は、扁平の円筒と半回転楕円を組み合わせた形状を有し、半回転楕円部分の頂点を対向させて、互いに同軸かつ対称に形成されている。微細化ブロック２８と、この微細化ブロック２８内の第１旋回室３１と第２旋回室３３は、ケーシング２４と同軸に配置される。微細化ブロック２８は、第１旋回室３１が内部に形成された第１ブロック部品２８１と、第２旋回室３３が内部に形成された第２ブロック部品２８２とで構成されている。

　図５は、第１ブロック部品２８１を示す断面図である。第１ブロック部品２８１は、微細化ブロック２８の一端面を構成する円盤部分２８１ａと、この円盤部分２８１ａの中央部から微細化ブロック２８の内側に向かって突出した突出部分２８１ｂとを有する。突出部分２８１ｂは、円盤部分２８１ａに近い部分が円筒形状に形成されている一方、円盤部分から遠い先端部分は円錐台形状に形成されている。この第１ブロック部品２８１の内側に、第１旋回室３１が形成されている。

　第１旋回室３１は、一端側部分の壁面３１ａが円筒形状を有する一方、他端側部分の壁面３１ｂが半回転楕円形状を有する。第１旋回室３１の一端側部分の壁面３１ａが第１ブロック部品２８１の円盤部分の内側に概ね形成され、半回転楕円形状の他端側部分の壁面３１ｂが第１ブロック部品２８１の突出部分の内側に概ね形成されている。第１ブロック部品２８１には、ケーシング２４と微細化ブロック２８との間の混合流体を第１旋回室３１に導入する第１導入路３５が形成されている。第１導入路３５は、図３に示すように、第１旋回室３１の接線方向に形成されている。第１導入路３５で導かれた混合流体を吐出する吐出開口３５ａが第１旋回室３１の壁面に形成されている。また、ケーシング２４と微細化ブロック２８との間の混合流体を第１導入路３５へ流入させる流入開口３５ｂが、第１ブロック部品２８１の円盤部分２８１ａの側面に形成されている。第１導入路３５は、図５に示すように、第１旋回室３１の一端から他端に向けて、第１旋回室３１の中心軸の直角面に対して角度θを成すように形成されている。第１導入路３５の第１旋回室３１の中心軸直角面に対する角度θは、１°以上２０°以下に形成することができる。この角度θは、好ましくは５°以上１５°以下であり、更に好ましくは８°以上１２°である。第１ブロック部品２８１の突出部分２８１ｂの先端部には第１吐出孔３２が形成されており、この第１吐出孔３２から、第１旋回室３１で形成された混合流体の旋回流が吐出されるように形成されている。

　図６は、第２ブロック部品２８２を示す断面図である。第２ブロック部品２８２は、一端側に厚い底が形成されて他端が開口した有底の円筒形状を有する。この第２ブロック部品２８２の開口から上記第１ブロック部品２８１の突出部分２８１ｂが挿入されて、他端面２８２ａに第１ブロック部品２８１の円盤部分２８１ａが連結されるようになっている。この第２ブロック部品２８２の内側面と、第１ブロック部品２８１の突出部分２８１ｂの外側面との間に、第１旋回室３１からの旋回流と第２旋回室３３からの旋回流が衝突する衝突室３８が形成されている。第２ブロック部品２８２の内部には、第２旋回室３３が形成されている。

　第２旋回室３３は、一端側部分の壁面３３ａが円筒形状を有する一方、他端側部分の壁面３３ｂが半回転楕円形状を有する。第２ブロック部品２８２には、ケーシング２４と微細化ブロック２８との間の混合流体を第２旋回室３３に導入する第２導入路３６が形成されている。第２導入路３６は、図４に示すように、第２旋回室３３の接線方向に形成されている。第２導入路３６で導かれた混合流体を吐出する吐出開口３６ａが第２旋回室３３の壁面に形成されている。また、ケーシング２４と微細化ブロック２８との間の混合流体を第２導入路３６へ流入させる流入開口３６ｂが、第２ブロック部品２８２の一端側の側面に形成されている。第２導入路３６は、図６に示すように、第２旋回室３３の一端から他端に向けて、第２旋回室３３の中心軸の直角面に対して角度θを成すように形成されている。第２導入路３６の第２旋回室３３の中心軸直角面に対する角度θは、１°以上２０°以下に形成することができる。この角度θは、好ましくは５°以上１５°以下であり、更に好ましくは８°以上１２°である。第２ブロック部品２８２の他端には第２吐出孔３４が形成されており、この第２吐出孔３４から、第２旋回室３３で形成された混合流体の旋回流が吐出されるように形成されている。第２旋回室３３で形成される旋回流は、第１旋回室３１で形成される旋回流と、反対回りに旋回するように形成されている。このように、第１旋回室３１と第２旋回室３３は、中心軸の直角面に関して対称に形成され、第１吐出孔３２と第２吐出孔３４を対向して配置され、互いに反対回りに旋回する旋回流を生成するように形成されている。

　第２ブロック部品２８２の底部の外径側部分には、第２ブロック部品２８２の中心軸と平行に延在する複数の排出通路３９，３９，・・・が形成されている。これらの排出通路３９，３９，・・・は、第２旋回室３３の外径側に、この第２旋回室３３を取り囲むように配置されている。第２ブロック部品２８２の底面２８２ｂには、外径側部分に、衝突室３８の流体を排出通路３９，３９，・・・に流入させる複数の流入口としての流入開口３９ａ，３９ａ，・・・が形成されている。この流入開口３９ａが形成された底面２８２ｂは、衝突室３８に面する衝突室表面に該当する。第２ブロック部品２８２の一端面には、排出通路３９，３９，・・・で導かれた流体を吐出する複数の排出口としての吐出開口３９ｂ，３９ｂ，・・・が形成されている。第２ブロック部品２８２の一端は、排出管２６に連結されており、上記排出通路３９，３９，・・・の吐出開口３９ｂ，３９ｂ，・・・から吐出された流体が、排出管２６に流れるようになっている。

　上記ウルトラファインバブル製造器２は、カスケードポンプ６により水と空気の混合流体が圧送され、戻し経路７や排出経路８のウルトラファインバブル製造器２の上流側の部分である供給管２５から、ケーシング２４内に混合流体が流入する。ケーシング２４内に流入した混合流体は、微細化ブロック２８の外側面の流入開口３５ｂ，３６ｂから第１及び第２導入路３５，３６に導かれる。第１導入路３５に導かれた混合流体は、吐出開口３５ａから第１旋回室３１内に吐出され、第１旋回室３１内に旋回流を形成する。第１導入路３５が、第１旋回室３１の接線方向に延在すると共に第１旋回室３１の他端に向かって傾斜角度θを成すことにより、第１旋回室３１内に、安定した旋回流が形成される。また、第２導入路３６に導かれた混合流体は、吐出開口３６ａから第２旋回室３３内に吐出され、第２旋回室３３内に旋回流を形成する。第２導入路３６が、第２旋回室３３の接線方向に延在すると共に第２旋回室３３の他端に向かって傾斜角度θを成すことにより、第２旋回室３３内に、安定した旋回流が形成される。

　上記第１旋回室３１内の混合流体の旋回流は、第１吐出孔３２から衝突室３８へ吐出され、上記第２旋回室３３内の旋回流は、第２吐出孔３４から衝突室３８へ吐出される。これらの第１吐出孔３２と第２吐出孔３４から吐出された旋回流は、互いに反対方向に旋回しており、これにより大きな衝撃力を伴って衝突室３８内で衝突する。その結果、互いの混合流体の気体が効果的に微細化され、ウルトラナノバブルが生成される。こうして生成された空気のウルトラナノバブルを含有する水は、衝突室３８から流入開口３９ａ，３９ａ，・・・を経て排出通路３９，３９，・・・に導かれ、吐出開口３９ｂ，３９ｂ，・・・から排出管２６に排出される。この排出管２６は、戻し経路７や排出経路８のウルトラファインバブル製造器２の下流側である。

　こうしてウルトラファインバブル製造器２で生成された空気のウルトラファインバブルを含有する水は、戻し経路７や排出経路８の下流側に導かれる。すなわち、第１ウルトラファインバブル製造器２Ａから戻し経路７の下流側に空気のウルトラファインバブルを含有する水が流れ、第２ウルトラファインバブル製造器２Ｂから排出経路８の下流側に空気のウルトラファインバブルを含有する水が流れる。なお、ウルトラファインバブル製造器２で製造されるバブルは、ウルトラファインバブルのみに限られず、運転条件に応じてマイクロバブルも含まれ、また、マイクロバブルのみが製造される場合もある。

　制御装置１３は、排出経路８から排出されるべきバブル水のバブルの径及び濃度と流量が入力される入力部１５に接続されている。この制御装置１３は、濃度計１０の測定値に基づいて、排出経路８からのバブル水の濃度が入力部１５に入力された濃度となるように、空気量調整弁５の開度と、渦巻ポンプ３の吐出流量と、カスケードポンプ６の吐出流量と、流量調整弁９の開度を調節する。例えば、濃度計１０によるウルトラファインバブルの濃度の測定値が目標値よりも低い場合、流量調整弁９の開度を上げて戻し経路７の流量を増大させることにより、排出経路８から排出される水のウルトラファインバブルの濃度を上げる。一方、濃度計１０によるウルトラファインバブルの濃度の測定値が目標値よりも高い場合、流量調整弁９の開度を下げて戻し経路７の流量を減少させることにより、排出経路８から排出される水のウルトラファインバブルの濃度を下げる。

　上記流量調整弁９の開度を調整することにより、上記排出経路８から排出されるウルトラファインバブルとマイクロバブルを含むバブルの濃度と、バブルの径及びその分布と、水の排出量を調整することができる。例えば、流量調整弁９の開度が増大すれば、排出経路８からのバブルの濃度が増大すると共に、バブルの径が縮小し、また、排出経路８からの水の排出量が減少する。これと共に、生成されるバブルの径の標準偏差が縮小して分布の幅が縮小し、バブルの径が比較的小さい値の狭い範囲に集中する。一方、流量調整弁９の開度が減少すれば、排出経路８からのバブルの濃度が減少すると共に、バブルの径が拡大し、また、排出経路８からの水の排出量が増大する。これと共に、生成されるバブルの径の標準偏差が拡大して分布の幅が拡大し、バブルの径が比較的小さい値から大きい値にわたって広い範囲に拡散するようになる。

　また、制御装置１３は、第２圧力計１２の測定値に基づいて、カスケードポンプ６の吐出圧力を調整することにより、上記排出経路８から排出されるウルトラファインバブルとマイクロバブルを含むバブルの濃度と、バブルの径と、ウルトラファインバブル及び／又はマイクロバブルを含む水の排出量を調整することができる。例えば、カスケードポンプ６の吐出側の圧力が１ＭＰａを越える場合は、カスケードポンプ６の吐出圧力を増大させると、バブルの濃度が低下すると共にバブルの径が拡大し、また、排出経路８からの水の排出量が増大する。一方、カスケードポンプ６の吐出圧力を減少させると、バブルの濃度が上昇すると共にバブルの径が縮小し、また、排出経路８からの水の排出量が減少する。これに対して、カスケードポンプ６の吐出側の圧力が１ＭＰａ未満である場合は、カスケードポンプ６の吐出圧力を、１ＭＰａを越えない範囲で増大させると、バブルの濃度が上昇すると共にバブルの径が縮小し、また、排出経路８からの水の排出量が増大する。一方、カスケードポンプ６の吐出圧力を減少させると、バブルの濃度が低下すると共にバブルの径が増大し、また、排出経路８からの水の排出量が減少する。このようなカスケードポンプ６の吐出圧力とバブルの濃度の関係に従い、制御装置１３は、第２圧力計１２の測定値に基づいて、濃度計１０の測定値が所望の濃度となるようにカスケードポンプ６の吐出圧力を調整することができる。

　上記カスケードポンプ６の吐出圧力を調整する場合、上記渦巻ポンプ３の吐出流量との差を考慮する必要がある。例えば、渦巻ポンプ３の吐出流量が増大してカスケードポンプ６の吸入量に近づくと、カスケードポンプ６の吐出流量や吐出圧力が不安定になる。また、渦巻ポンプ３の吐出流量が減少してカスケードポンプ６の吐出流量との差が大きくなった場合にも、カスケードポンプ６の吐出流量や吐出圧力が不安定になる。また、渦巻ポンプ３の吐出流量が少ないと、エジェクタ４による空気の混合能力が低下する。このような不都合を防止するため、制御装置１３は、渦巻ポンプ３の吐出側とカスケードポンプ６の吸入側の間に設けた第１圧力計１１の測定値が所定の基準圧力以下となるように、渦巻ポンプ３の吐出流量とカスケードポンプ６の吸入量を制御するのが好ましい。この基準圧力の値としては、例えば０．２ＭＰａを採用することができる。

　また、制御装置１３は、エジェクタ４の空気量調整弁５の開度を調整することにより、上記排出経路８から排出される水のバブルの分布を調整することができる。すなわち、空気量調整弁５の開度を増大することにより、粒径の大きいバブルの割合が増加する。一方、空気量調整弁５の開度を減少することにより、粒径の大きいバブルの割合が減少する。例えば、空気量調整弁５により、エジェクタ４で原料水に混合する空気の量を０．４Ｌ／ｍｉｎとすると、排出経路８から排出されるバブルの直径は、１μｍを超えるものの割合が増大し、ウルトラファインバブルとマイクロバブルが生成される。一方、空気量調整弁５により、エジェクタ４の空気混合量を０．１Ｌ／ｍｉｎとすると、排出経路８から排出されるバブルの直径は１μｍを下回るものが大半となり、実質的にウルトラファインバブルのみが生成される。

　このような特徴を考慮して、制御装置１３は、入力部１５に入力されたバブルの径及び濃度と流量のバブル水となるように、空気量調整弁５の開度と、渦巻ポンプ３の吐出流量と、カスケードポンプ６の吐出流量と、流量調整弁９の開度を調節する。これにより、所望のバブルの濃度と、バブルの径と、排出量のバブル水を製造できる。

　また、このウルトラファインバブル水製造装置１は、排出経路８の第２ウルトラファインバブル製造器２Ｂの上流側に第２流量調整弁を設け、この第２流量調整弁の開度と、空気量調整弁５の開度と、戻し経路７の流量調整弁９の開度と、渦巻ポンプ３及びカスケードポンプ６の吐出圧力を調整することにより、排出経路８から排出されるウルトラファインバブルの径と濃度を調整してもよい。

　次の表１は、本実施形態のウルトラファインバブル水製造装置１を用いて空気のウルトラファインバブルを含有するバブル水を製造する実験を行った結果である。この実験は、空気量調整弁５の開度を２種類設定すると共に、流量調整弁９の開度を３種類設定して行った。空気量調整弁５の２種類の開度は、エジェクタ４へ供給する空気量が０．１Ｌ／ｍＬになる開度と、０．４Ｌ／ｍＬになる開度である。流量調整弁９の開度は、全開の大開度と、全開の３．５％である中開度と、全開の０．８％である小開度である。各条件でウルトラファインバブル水製造装置１の運転を行い、分岐部Ｐの圧力と、排出経路８から排出される水の流量と、排出された水に含まれるバブルの平均粒径、最頻粒径、標準偏差及び濃度を測定した。バブルの測定は、日本カンタム・デザイン社製の名の粒子解析装置ナノＳＩＧＨＴ　ＮＳ５００にて行った。バブルの平均粒径、最頻粒径、標準偏差及び濃度は、排出経路８から排出されて貯水槽に貯留したバブル水について測定を行った。

　表１から分かるように、条件１乃至６の殆どの条件で、作製されたバブルの粒径は大半が７０～９０ｎｍであり、分岐部Ｐの圧力やエジェクタ４が吸入する空気量には殆ど依存しない。バブル濃度については、吸入する空気量に比例する。また、流量調整弁９の開度を減少して分岐部Ｐの圧力を高くし、戻し通路７の流量を少なくするほど、バブル径が大きくなり、バブル濃度が低下し、バブル水の製造量が大きくなる。また、戻し通路７の流量を多くする方が、バブル径が小さく、バブル濃度が高く、径のばらつきの小さいウルトラファインバブルが得られる。なお、空気量が０．４Ｌ／ｍｉｎの場合は排出されたバブル水は白濁する一方、空気量が０．１Ｌ／ｍｉｎの場合はバブル水は透明であった。したがって、空気量が０．４Ｌ／ｍｉｎの場合は、空気量が０．１Ｌ／ｍｉｎの場合よりも、マイクロバブルの含有量が大きいといえる。なお、バブルの平均粒径等の測定は、貯水槽に一定量のバブル水が貯留された後に行ったため、空気量が０．４Ｌ／ｍｉｎのバブル水に関する測定値は、白濁の原因となるマイクバブルについては反映されていない。

　上記実施形態において、ウルトラファインバブル製造器２は、同軸上に中心軸の直角面に対して対称に形成された第１旋回室３１と第２旋回室３３を含む微細化ブロック２８を含んでいたが、他のウルトラファインバブル製造器を用いてもよい。図７は、変形例のウルトラファインバブル製造器を示す縦断面図である。図８は、図７の矢視Ｄにおける断面図であり、図９は、図７の矢視Ｅにおける断面図である。このウルトラファインバブル製造器１２６は、供給管２５で供給される水と空気の混合流体を、微細化ブロック１２８で微細化し、空気のウルトラファインバブルを含有するウルトラファインバブル水を形成して、このウルトラファインバブル水を排出管２６から排出するものである。

　このウルトラファインバブル製造器１２６は、一端が供給管２５に連結され、他端が微細化ブロック１２８に連結された概ね円筒形状のケーシング１４０を有する。微細化ブロック１２８は、ケーシング１４０よりも小径の概ね円筒形状を有し、他端部分が他の部分よりも大きい径に形成されてケーシング１４０の他端部の内側面に嵌合している。この微細化ブロック１２８は、水と気体の混合流体が導かれる処理流路１３０と、この処理流路１３０の上流端に連通する旋回流形成部としての第１偏心供給路１３１と、上記処理流路１３０の長さ方向の略中央に連通する旋回流形成部としての第２偏心供給路１３２が内部に形成されている。処理流路１３０の中心軸を通る断面において、第１偏心供給路１３１の中心軸と、第２偏心供給路１３２の中心軸は、処理流路１３０の中心軸に対して直角に延在している。

　微細化ブロック１２８の処理流路１３０は、微細化ブロック１２８の中心軸に沿って、微細化ブロック１２８の一端面の近傍から、微細化ブロック１２８の他端面に至るまで形成されている。処理流路１３０の一端は、微細化ブロック１２８の一端面に貫通することなく微細化ブロック１２８内に留まっている一方、処理流路１３０の他端は、微細化ブロック１２８の他端面に開口を形成している。この処理流路１３０は、円形断面を有し、一端から他端に向かうにつれて径が増大するように形成されている。処理流路１３０の他端の開口には、排出管２６が挿入されて、処理流路１３０が排出管２６に連通している。

　微細化ブロック１２８の第１偏心供給路１３１は、微細化ブロック１２８の中心軸と直角の断面図である図８に示すように、処理流路１３０の一端に連通するように２本形成されている。これらの２つの第１偏心供給路１３１は、処理流路１３０の中心に関して点対称に配置されている。これらの第１偏心供給路１３１は、微細化ブロック１２８の概ね径方向に延在し、微細化ブロック１２８の外周面に流入開口１３１ａを形成し、処理流路１３０の内周面に吐出開口１３１ｂを形成している。これらの第１偏心供給路１３１は、円形断面を有し、流入開口１３１ａから吐出開口１３１ｂに向かうにつれて径が小さくなるように形成されている。第１偏心供給路１３１の吐出開口１３１ｂは、処理流路１３０の軸方向視において、処理流路１３０の中心に対して偏芯した位置に配置されている。ここで、図７において、第２偏心供給路１３２は、この第２偏心供給路１３２の中心軸に沿った縦断面の形状を示しており、微細化ブロック１２８の中心軸を通る面で第２偏心供給路１３２を切断した様子を示していない。

　微細化ブロック１２８の第２偏心供給路１３２は、微細化ブロック１２８の中心軸と直角の断面図である図９に示すように、処理流路１３０の長さ方向の略中央に連通するように２本形成されている。これらの２つの第２偏心供給路１３２は、処理流路１３０の中心に関して点対称に配置されている。これらの第２偏心供給路１３２は、微細化ブロック１２８の概ね径方向に延在し、微細化ブロック１２８の外周面に流入開口１３２ａを形成し、処理流路１３０の内周面に吐出開口１３２ｂを形成している。これらの第２偏心供給路１３２は、円形断面を有し、流入開口１３２ａから吐出開口１３２ｂに向かうにつれて径が小さくなるように形成されている。第２偏心供給路１３２の吐出開口１３２ｂは、処理流路１３０の軸方向視において、処理流路１３０の中心に対して偏芯した位置に配置されている。この第２偏心供給路１３２の吐出開口１３２ｂは、第１偏心供給路１３１の吐出開口１３１ｂと、処理流路１３０の中心軸に関して反対側に偏心している。上記微細化ブロック１２８の第１偏心供給路１３１と第２偏心供給路１３２は、微細化ブロック１２８の軸方向視において、互いに９０°の角度を成すように配置されている。

　上記構成のウルトラファインバブル製造器１２６は、次のように動作する。まず、水と空気の混合流体が供給管２５を通してケーシング１４０内に導かれる。ケーシング１４０内に流入した混合流体は、微細化ブロック１２８の外側面の流入開口１３１ａ，１３２ａから第１及び第２偏心供給路１３１，１３２に導かれる。第１偏心供給路１３１に導かれた混合流体は、吐出開口１３１ｂから処理流路１３０内に吐出され、この処理流路１３０内に旋回流を形成する。第１偏心供給路１３１の吐出開口１３１ｂが処理流路１３０の中心に対して偏芯した位置に配置されていることにより、処理流路１３０内に、安定した旋回流が形成される。こうして第１偏心供給路１３１から処理流路１３０内に導かれた混合流体は、旋回流となって処理流路１３０の一端から他端に向かって流れる。また、第２偏心供給路１３２に導かれた混合流体は、吐出開口１３２ｂから処理流路１３０内に吐出される。上記第２偏心供給路１３２の吐出開口１３２ｂは、処理流路１３０の中心軸に関して偏芯した位置に配置されていると共に、第１偏心供給路１３１の吐出開口１３１ｂと反対側に偏心していることにより、処理流路１３０を流れた旋回流に対して反対向きの旋回流を形成する。この第２偏心供給路１３２の吐出開口１３２ｂから吐出された混合流体の旋回流が、第１偏心供給路１３１から流れて来た旋回流と衝突する。その結果、互いの混合流体の気体が効果的に微細化され、ウルトラナノバブルが生成される。こうして生成された空気のウルトラナノバブルを含有する水は、処理流路１３０の他端に向かって流れ、排出管２６を通ってウルトラファインバブル製造器１２６から排出される。

　上記変形例のウルトラファインバブル製造器１２６は、微細化ブロック１２８を製造する際、単一の金属材料に対する切削加工により、処理流路１３０、第１偏心供給路１３１及び第２偏心供給路１３２を形成できる。したがって、少ない工数により容易に微細化ブロック１２８を製造できる。

　上記変形例のウルトラファインバブル製造器１２６において、微細化ブロック１２８の第１偏心供給路１３１及び第２偏心供給路１３２は、処理流路１３０の軸方向視において互いに９０°の角度を成すように配置されたが、互いに０度の角度を成すように配置されてもよい。また、微細化ブロック１２８の第１偏心供給路１３１及び第２偏心供給路１３２は、いずれも２個ずつ設けたが、いずれか一方又は両方を１個ずつ設けてもよい。

　図１０は、本発明の第２実施形態のウルトラファインバブル水製造装置１０１を示す模式図である。第２実施形態のウルトラファインバブル水製造装置１０１は、第２ウルトラファインバブル製造器２Ｂの下流側に温度計１０５を備えると共に、制御装置１１３がテーブル１１４に基づいて制御を行う点が、第１実施形態のウルトラファインバブル水製造装置１と相違する。第２実施形態において、第１実施形態と同様の部分には同一の参照番号を用いて、詳細な説明を省略する。

　第２実施形態のウルトラファインバブル水製造装置１０１は、制御装置１１３が、渦巻ポンプ３とカスケードポンプ６の負荷と、空気量調整弁５の開度と、流量調整弁９の開度と、温度計１０５の測定値と、第１圧力計１１と第２圧力計１２の測定値とが夫々取り得る値に対応して、排出経路８から排出されるバブル水のバブルの径及び濃度と流量とが格納されたテーブル１１４を備える。このテーブル１１４は、例えば、表１の内容に、各条件で運転されたときの渦巻ポンプ３とカスケードポンプ６の負荷が追加されたようなものを用いることができる。渦巻ポンプ３とカスケードポンプ６の負荷は、ポンプに供給される電流値に基づいて定めることができる。制御装置１１３には、排出経路８から排出されるべきバブル水のバブルの径及び濃度と、流量とを入力するための入力部１１５が接続されている。

　本実施形態のウルトラファインバブル水製造装置１０１を運転する場合、入力部１１５を通じて、排出経路８から排出されるべきバブルの径と濃度と流量が入力される。制御装置１１３はテーブル１１４を参照し、入力されたバブル水のバブルの径及び濃度と流量に該当する渦巻ポンプ３及びカスケードポンプ６の負荷と、空気量調整弁５の開度と、流量調整弁９の開度を目標値として特定する。制御装置１１３は、特定された渦巻ポンプ３とカスケードポンプ６の負荷と、空気量調整弁５の開度と、流量調整弁９の開度の目標値となるように、渦巻ポンプ３とカスケードポンプ６と空気量調整弁５と流量調整弁９を制御する。また、制御装置１１３は、第２ウルトラファインバブル製造器２Ｂから排出される水の温度を温度計１０５の測定値から検出し、測定された温度に基づいてテーブル１１４を参照し、渦巻ポンプ３とカスケードポンプ６の負荷と、空気量調整弁５の開度と、流量調整弁９の開度を調整する。さらに、第１圧力計１１と第２圧力計１２の測定値に基づいてテーブル１１４を参照し、渦巻ポンプ３とカスケードポンプ６の負荷と、空気量調整弁５の開度と、流量調整弁９の開度を調整する。

　このようにして、第２実施形態のウルトラファインバブル水製造装置１０１は、排出経路８から排出されるバブルの径や濃度を測定することなく、テーブル１１４と、排出経路８から排出されるべきバブル水のバブルの径及び濃度と流量に基づいて、渦巻ポンプ３及びカスケードポンプ６の負荷と、空気量調整弁５の開度と、流量調整弁９の開度を制御して、所望の径と濃度と流量のウルトラファインバブル水を製造することができる。

　第２実施形態において、制御装置１１３は、排出経路８から排出されるべきバブル水のバブルの径及び濃度と流量をテーブル１１４に照らして、渦巻ポンプ３及びカスケードポンプ６の負荷と、空気量調整弁５の開度と、流量調整弁９の開度を特定したが、バブル水のバブルの径及び濃度と流量をパラメータとする関数により、渦巻ポンプ３及びカスケードポンプ６の負荷と、空気量調整弁５の開度と、流量調整弁９の開度を特定してもよい。

　また、上記第１圧力計１１と第２圧力計１２は必ずしも設けなくてもよく、上記第１圧力計１１と第２圧力計１２の測定値に基づく調整は、必ずしも行わなくてもよい。この場合、テーブル１１４には、第１圧力計１１と第２圧力計１２の測定値に関する情報は不要である。

　また、上記温度計１０５は第２ウルトラファインバブル製造器２Ｂの排出側に配置されたが、渦巻ポンプ３が水タンクから水を吸引するように構成される場合、この水タンクに温度計１０５を配置して、水タンクの水の温度を測定してもよい。また、上記温度計１０５は必ずしも設けなくてもよく、上記温度計１０５の測定値に基づく調整は、必ずしも行わなくてもよい。この場合、テーブル１１４には、温度計１０５の測定値に関する情報は不要である。

　上記第１及び第２実施形態において、カスケードポンプ６の下流側に分岐部Ｐを設け、この分岐部Ｐに、第１ウルトラファインバブル製造器２Ａ及び流量調整弁９を介設した戻し経路７と、第２ウルトラファインバブル製造器２Ｂを介設した排出経路８とを接続したが、上記流量調整弁９と第１ウルトラファインバブル製造器２Ａと戻し経路７は、設けなくてもよい。すなわち、カスケードポンプ６の下流側に、第２ウルトラファインバブル製造器２Ｂが介設された排出経路８のみを設け、第２ウルトラファインバブル製造器２Ｂのみによってウルトラファインバブルを生成してもよい。

　図１１は、本発明の第３実施形態のウルトラファインバブル水製造装置１０３を示す模式図である。このウルトラファインバブル水製造装置１０３は、矢印Ｗで示すように供給される水道水等の原料水に空気のウルトラファインバブルを添加して、矢印Ｚで示すように排出する。

　第３実施形態のウルトラファインバブル水製造装置１０３は、原料水としての水道水を吸引する第１ポンプとしての吸引ポンプ１２１を備える。この吸引ポンプ１２１と並列に、吸引ポンプ１２１から吐出される原料水に、空気を混合して水と空気の混合流体を形成する混合器としてのエジェクタ１２２が設けられている。すなわち、吸引ポンプ１２１の吸入側と吐出側の間に、エジェクタ１２２が介設されている。エジェクタ１２２には、空気を取り入れる吸気管に、混合流体に混合する空気の量を調整するための流量調整弁で形成された混合エア量調整弁１２７が連結されている。混合エア量調整弁１２７の上流側には、空気を貯留する気体タンク１２４が接続されている。この気体タンク１２４は、大気から吸入した空気を浄化する清浄装置を設けるのが好ましい。

　上記吸引ポンプ１２１の下流側には、混合流体の空気を微細化してウルトラファインバブルを形成する上記ウルトラファインバブル製造器２が接続されている。ウルトラファインバブル製造器２に替えて、変形例のウルトラファインバブル製造器１２６を接続してもよい。上記吸引ポンプ１２１とウルトラファインバブル製造器２との間には、ウルトラファインバブル製造器２に導かれる流体のうちの液体の圧力を測定する第１液圧センサ１４１が設けられている。ウルトラファインバブル製造器２の下流側には、流体を吸引する第２ポンプとしてのカスケードポンプ１２３が設けられている。ウルトラファインバブル製造器２とカスケードポンプ１２３との間には、ウルトラファインバブル製造器２から吐出される流体のうちの液体の圧力を測定する第２液圧センサ１４２が設けられている。この第２液圧センサ１４２の測定値に基づいて、制御装置１４３によりカスケードポンプ１２３の動作を制御するように構成されている。

　カスケードポンプ１２３の下流側には、ウルトラファインバブルを含有する水から、水に添加されずに残留した余剰の空気を分離する気液分離器１２５が接続されている。気液分離器１２５で分離された空気は、気体タンク１２４に戻される一方、ウルトラファインバブルを含有する水は、流量調整弁１３５を通して、矢印Ｚで示されるように排出される。ここで、バブル水製造装置１０３の第１ポンプとしては、水中ポンプ以外に、陸上ポンプ等の容積ポンプを用いてもよい。また、第２ポンプとしては、カスケードポンプ以外のポンプを用いてもよいが、遠心ポンプを用いるのが好ましい。

　この第３実施形態のバブル水製造装置１０３は、混合エア量調整弁１２７の開度と、吸引ポンプ１２１及びカスケードポンプ１２３の流体の吐出流量又は吐出圧力を調節することにより、ウルトラファインバブルの粒径と濃度を調節することができる。

　また、このバブル水製造装置１０３は、排出されるウルトラファインバブルの濃度を測定し、この測定値に基づいて、吸引ポンプ１２１及びカスケードポンプ１２３の吐出量と、混合エア量調整弁１２７の開度を調節して、バブル水タンク２のウルトラファインバブルの濃度を調節することができる。

　上記バブル水製造装置１０３は、第２の制御装置を設け、この第２の制御装置により、上記混合エア量調整弁１２７の開度と、吸引ポンプ１２１及びカスケードポンプ１２３による流体の吐出流量又は吐出圧力を制御して、流量調整弁１３５を通して排出されるウルトラファインバブルの粒径と濃度を調節してもよい。

　例えば、排出されるウルトラファインバブル水に含まれる気泡の径を小さくするためには、混合エア量調整弁１２７の開度を下げてエジェクタ１２２への空気の供給量を低減すると共に、ウルトラファインバブル製造器２の上流側と下流側の圧力差を増大させる。

　一方、排出されるウルトラファインバブル水に含まれる気泡の濃度を増加させるためには、混合エア量調整弁１２７の開度を上げてエジェクタ１２２への空気の供給量を増やすと共に、ウルトラファインバブル製造器２の上流側と下流側の圧力差を増大させる。

　上記バブル水製造装置１０３のウルトラファインバブル製造器２には、上流側と下流側の間、すなわち、供給管２５の流体の圧力と排出管２６の流体の圧力との間に、４ＭＰａ以上６ＭＰａ以下の圧力差が生じるように、吸引ポンプ１２１の吐出量とカスケードポンプ１２３の吸入量を調節するのが好ましい。この場合、供給管２５における流体の圧力を、排出管２６における流体の圧力よりも高く調節する。このように、ウルトラファインバブル製造器２の上流側と下流側の間に、４ＭＰａ以上６ＭＰａ以下の圧力差を生じさせることにより、ウルトラファインバブル製造器２により安定してウルトラファインバブルを含有する水を製造することができる。

　このようにして、第３実施形態のバブル水製造装置１０３により、安定して５０～７０ｎｍのウルトラファインバブルを形成することができる。また、このバブル水製造装置１０３は、空気以外に、酸素や水素のウルトラファインバブルを含有する水を製造してもよい。酸素や水素のウルトラファインバブルを含有する水を製造する場合、水に添加されなかった余剰の酸素や水素を、気液分離器１２５で分離して、気体タンク１２４に戻すことにより、酸素や水素がバブル水製造装置１０３の外部に漏洩する不都合を防止できる。したがって、酸素や水素のウルトラファインバブルを含有する水を製造する場合に、酸素や水素の漏洩に起因する火災などの不都合を効果的に防止できる。

　上記実施形態において、ウルトラファインバブル製造器２の微細化ブロック２８は、旋回流形成部としての第１旋回室３１と第２旋回室３３を有したが、２個に限られず、３個以上の旋回流形成部を有してもよい。また、ウルトラファインバブル製造器１２６の微細化ブロック１２８は、旋回流形成部としての第１偏心供給路１３１と第２偏心供給路１３２を有したが、２個に限られず、３個以上の旋回流形成部を有してもよい。

　また、上記実施形態において、水に、気体として空気のウルトラファインバブルを形成したが、空気以外に、水素、酸素、オゾン、窒素、二酸化炭素、その他の各種の気体のウルトラファインバブルを形成してもよい。

　また、水以外に、微酸性電解水や、その他の各種の液体にウルトラファインバブルを形成してもよい。

　第１乃至第３実施形態のウルトラファインバブル水製造装置１，１０１，１０３や、これらのウルトラファインバブル水製造装置１，１０１，１０３で製造したバブル水は、ウルトラファインバブル及び／又はマイクバブルを利用する種々の用途に用いることができる。例えば、環境関連業、農業及び畜産業、食品関連業、水産業、電子工業、医療及び医療関連業、エネルギー関連産業、日用品関連業、製紙業、造船業及び機械製造業等の業種において、種々の処理や、製品の構成要素として、ウルトラファインバブル水製造装置１，１０１，１０３やバブル水を利用することができる。

　環境関連業における用途の例として、土壌の浄化、水の浄化、排水処理、汚泥減容化、有機物分解、藻類の除去、凝集浮遊物質の除去等を挙げることができる。

　農業及び畜産業における用途の例として、農産物及び畜産物の成長促進、収量増加及び品質向上、鮮度保持、飲用水及び液肥への利用等を挙げることができる。

　食品関連業における用途の例として、鮮度保持、酸化防止、風味の付与、食感の改善、香りの付与等を挙げることができる。

　水産業における用途の例として、水産物の成長促進、収量増加、品質の向上、養殖環境の改善、鮮度保持等を挙げることができる。

　電子工業における用途の例として、精密剥離、シリコンウェハ等の各種材料や部品の洗浄等を挙げることができる。

　医療及び医療関連業における用途の例として、消毒、減菌、培養、薬品の製造又は処理等を挙げることができる。

　エネルギー関連産業における用途の例として、原料又は燃料の浄化、燃料の効率向上等を挙げることができる。

　日用品関連業における用途の例として、洗剤、風呂用品及び台所用品、給湯装置、空気調和装置、化粧品等を挙げることができる。

　製紙業における用途の例として、スラッジ処理等を挙げることができる。

　造船業における用途の例として、航行水域の水質改善、バラスト水の浄化、エンジンに供給する気液混合燃料の作製等を挙げることができる。

　機械製造業における用途の例として、部品の浄化、各種の浄化装置、気液混合燃料の製造装置等を挙げることができる。

　上記業種及び用途は例示に過ぎず、本発明は、ウルトラファインバブル及び／又はマイクロバブルの性質を利用する種々の物や用途について適用できる。

　本発明は、以上説明した実施の形態又は実施例に限定されるものではなく、多くの変形が、本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。

　１，１０１，１０３　ウルトラファインバブル水製造装置
　２Ａ　第１ウルトラファインバブル製造器
　２Ｂ　第２ウルトラファインバブル製造器
　３　渦巻ポンプ
　４　エジェクタ
　５　空気量調整弁
　６　カスケードポンプ
　７　戻し経路
　８　排出経路
　９　流量調整弁
　１０　濃度計
　１１　第１圧力計
　１２　第２圧力計
　１３，１１３　制御装置
　１５，１１５　入力部
　２４　ケーシング
　２５　供給管
　２６　排出管
　２８　微細化ブロック
　３１　第１旋回室
　３２　第１吐出孔
　３３　第２旋回室
　３４　第２吐出孔
　３５　第１導入路
　３６　第２導入路
　３８　衝突室
　３９　排出通路
　１１４　制御装置のテーブル
　１２６　ウルトラファインバブル製造器
　１０５　温度計
　２８１　第１ブロック部品
　２８２　第２ブロック部品

Claims (11)

1. 　水中に含有された気体のウルトラファインバブルを製造するためのウルトラファインバブル製造器であって、
   　円形断面を有するケーシングと、
   　上記ケーシングの一端に接続され、上記ケーシングと同軸上に延在し、水と気体の混合流体を供給する供給管と、
   　上記ケーシング内に少なくとも一部が収容され、上記供給管からケーシング内に供給された上記混合流体の旋回流を形成する複数の旋回流形成部を含み、これらの旋回流形成部で形成された旋回流を互いに衝突させて、上記混合流体の気体を微細化してウルトラファインバブル水を生成する微細化ブロックと、
   　上記ケーシングの他端側に配置され、上記微細化ブロックで生成されたウルトラファインバブル水を上記ケーシングの外に排出する排出管と
   　を備えることを特徴とするウルトラファインバブル製造器。
2. 　請求項１に記載のウルトラファインバブル製造器において、
   　上記微細化ブロックが、上記ケーシングと同軸の旋回軸回りに混合流体の旋回流を形成する上記旋回流形成部としての第１旋回室と、この第１旋回室よりも上記供給管から遠い側に形成され、上記ケーシングと同軸の旋回軸回りに、上記第１旋回室で形成される旋回流と反対向きに旋回する混合流体の旋回流を形成する上記旋回流形成部としての第２旋回室と、上記第１旋回室で形成された混合流体の旋回流と上記第２旋回室で形成された混合流体の旋回流とを衝突させる衝突室と、この衝突室で混合流体の旋回流が衝突してなるウルトラファインバブル水を排出管側に導く排出通路とを含み、
   　上記排出管は、上記排出通路に連通するように上記微細化ブロックに連結され、上記微細化ブロックを上記ケーシング内に支持していることを特徴とするウルトラファインバブル製造器。
3. 　請求項２に記載のウルトラファインバブル製造器において、
   上記微細化ブロックが、
   　　上記第１旋回室と、この第１旋回室の一端側へケーシング内の混合流体を第１旋回室の接線方向に導入する第１導入路と、上記第１旋回室の他端に形成されて旋回流を吐出する第１吐出孔とを有する第１ブロック部品と、
   　　上記第１ブロック部品に結合され、上記第２旋回室と、この第２旋回室の一端側へケーシング内の混合流体を第２旋回室の接線方向に導入する第２導入路と、上記第２旋回室の他端に形成されて上記第１ブロック部品の第１吐出孔と対向して旋回流を吐出する第２吐出孔と、上記第１ブロック部品に結合されて第１ブロック部品との間に形成される衝突室に面する衝突室表面と、この衝突室表面に形成され、上記衝突室のウルトラファインバブル水を上記排出通路に流入させる流入口と、上記第１ブロック部品が連結された側と反対側の端面に形成され、上記排出通路を流れたウルトラファインバブル水を排出する排出口とを有する第２ブロック部品と
   を含んで形成されていることを特徴とするウルトラファインバブル製造器。
4. 　請求項３に記載のウルトラファインバブル製造器において、
   　上記第１導入路と第２導入路は、上記微細化ブロックの軸直角面に対して傾斜して形成されていることを特徴とするウルトラファインバブル製造器。
5. 　請求項１に記載のウルトラファインバブル製造器において、
   　上記微細化ブロックが、上記ケーシングと同軸方向に形成されて上記混合流体が導かれる処理流路と、この処理流路の上流端に上記混合流体を中心軸の偏心方向に導入して旋回流を形成する上記旋回流形成部としての第１偏心供給路と、上記処理流路の上記第１偏心供給路よりも下流側に上記混合流体を中心軸の上記第１偏心供給路と反対向きの偏心方向に導入し、上記第１偏心供給路で形成された旋回流に反対向きの旋回流を生成して衝突させる上記旋回流形成部としての第２偏心供給路とを含み、
   　上記排出管は、上記微細化ブロックの処理流路の下流端に連結されている
   ことを特徴とするウルトラファインバブル製造器。
6. 　請求項１に記載のウルトラファインバブル製造器を用いて形成されたウルトラファインバブル水製造装置であって、
   　原料水を圧送する第１ポンプと、
   　上記第１ポンプから圧送された原料水に気体を混合して混合流体を形成する混合器と、
   　上記混合器の下流側に設けられた第２ポンプと、
   　上記第２ポンプの下流側で混合流体を２つの経路に分岐する分岐部と、
   　上記分岐部に接続され、流量調整弁と、第１の上記ウルトラファインバブル製造器とが介設され、この第１ウルトラファインバブル製造器で製造された気体のウルトラファインバブルを含有する水を上記混合器と第２ポンプの間に戻す戻し経路と、
   　上記分岐部に接続され、第２の上記ウルトラファインバブル製造器が介設され、この第２ウルトラファインバブル製造器で製造された気体のウルトラファインバブルを含有する水を排出する排出経路と
   を備えることを特徴とするウルトラファインバブル水製造装置。
7. 　請求項１に記載のウルトラファインバブル製造器を用いて形成されたウルトラファインバブル水製造装置であって、
   　気体が原料水に混合されてなる混合流体を圧送する第１ポンプと、
   　上記第１ポンプの吐出側と吸入側との間に接続され、上記第１ポンプから吐出された混合流体に気体を混合して上記第１ポンプの吸入側に戻す混合器と、
   　上記第１ポンプの下流側に設けられた上記ウルトラファインバブル製造器と、
   　上記ウルトラファインバブル製造器の下流側に接続された第２ポンプと、
   　上記第２ポンプの下流側に接続された気液分離器と、
   　上記気液分離器で分離された液体を排出する排出経路と
   を備えることを特徴とするウルトラファインバブル水製造装置。
8. 　請求項６又は７に記載のウルトラファインバブル水製造装置において、
   　上記第２ポンプが、カスケードポンプであることを特徴とするウルトラファインバブル水製造装置。
9. 　請求項６に記載のウルトラファインバブル水製造装置において、
   　上記混合器が原料水又は混合流体へ混合する気体の量を調整する気体量調整弁を備えることを特徴とするウルトラファインバブル水製造装置。
10. 　請求項９に記載のウルトラファインバブル水製造装置において、
    　上記排出経路から排出される水のウルトラファインバブル濃度を測定する濃度計と、
    　上記濃度計の測定値に基づいて、上記気体量調整弁と、上記第２ポンプと、上記流量調整弁を制御する制御装置と
    を備えることを特徴とするウルトラファインバブル水製造装置。
11. 　請求項９に記載のウルトラファインバブル水製造装置において、
    　上記排出経路から排出されるべきバブル水のバブルの径及び濃度と流量とが入力される入力部と、
    　上記入力部に接続されていると共に、上記第１ポンプと、上記第２ポンプと、上記流量調整弁と、上記気体量調整弁に接続された制御装置と、
    　上記制御装置に格納され、上記第１ポンプの負荷と、上記第２ポンプの負荷と、上記流量調整弁の開度と、上記気体量調整弁の開度とが夫々取り得る値と、これらの値に対応して、上記排出経路から排出されるバブル水のバブルの径及び濃度と流量とが格納されたテーブルとを備え、
    　上記制御装置は、上記入力部に入力された値に基づいて、上記テーブルを参照して上記第１ポンプの負荷と、上記第２ポンプの負荷と、上記流量調整弁の開度と、上記気体量調整弁の開度との目標値を抽出し、これらの目標値となるように、上記第１ポンプと、上記第２ポンプと、上記流量調整弁と、上記気体量調整弁とを制御することを特徴とするウルトラファインバブル水製造装置。

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